行车安全中的物理知识
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作者: 窦恭伟 黄志雄 焦胜军
摘要: 随着我国经济的高速发展,汽车已经成为当今社会不可缺少的交通工具,交通事故也居高不下,文章主要介绍汽车安全行驶中的物理知识,让人们对安全行车有更多的了解,减少交通事故的发生。
关键词: 行车安全物理知识交通事故
近年来,随着我国经济的高速发展,有车一族越来越壮大,汽车已经称为当今社会不可缺少的交通工具,但交通事故也居高不下,车毁人亡的悲剧屡屡上演。据公安部统计,2008年全国共发生道路交通事故25万多起,死亡人数为73484人,直接财产损失约为10亿元人民币。为了减少交通事故的发生,在严格执行相应的法律法规,加大交通管理力度的同时,我们还要宣传和普及交通安全意识。笔者在此主要介绍行车安全中的物理知识,便人们对安全行车有更多的了解,以减少交通事故的发生。
一、安全车速
不安全的车速是诱发交通事故的主要原因。以超速为例,据交通部门统计,2007年超速行驶引发交通事故33487起,造成11478人死亡。我们从物理知识方面来分析超速的危害。由于物体的动量等于其质量与速度的乘积,机动车的速度增大时,其动量将急剧增大,若发生撞击事故,由于撞击时间极短,会产生很大的冲击力,造成严重的危害。研究显示:碰撞速度为30km/h,仅有5%的行人会因碰撞而死亡;但是,当碰撞速度为50km/h和70km/h时,行人死亡的可能性分别高达45%和85%。
安全车速并没有固定的范围,机动车驾驶人应根据自身情况、车辆状况、道路条件和交通情况,在法律法规和道路标志标线规定的限速范围内,选择能够保证安全的行驶车速。
二、行车安全距离
行车安全距离是指从发现障碍直到制动,最后完全停止所行驶的距离。在高速公路上行驶,车速超过100km/h时,该机动车应当与同车道前车保持100米以上的距离;车速低于100km/时,与同车道前车距离可以适当缩短,但最小距离不得低于50米。近年来,在所发生的交通事故中,汽车的追尾碰撞事故最多。原因是驾驶员原来在非高速公路上行驶所形成的行车间距习惯已完全不适应以100km/h的速度在高速公路上行驶的新情况,因此驾驶员了解行驶的安全距离十分必要。
除同车道内后车要与前车保持安全距离外,相临车道的机动车之间也应保持一定的距离,防止爆胎等突发意外情况,导致车辆间碰撞。
三、转弯时的安全问题
汽车在转弯时,常需要减速行驶,否则有可能冲出路面,造成安全事故。汽车在转弯时,我们可将其看作是曲线运动,在弯道半径一定的情况下,转弯速度越大,其需要向心力越大,这个向心力只能由车轮受到的静摩擦力来提供。由于静摩擦力的数值在零到最大静摩擦力范围内变化,因而速度在一个相应的范围内变化,所需的向心力没有超过最大静摩擦力,就能够保证汽车安全转弯,如果速度很大,需要的向心力大于最大静摩擦力,汽车就会冲出弯道。
四、刹车时的安全问题
高速行驶的汽车,若遇危急情况时没有及时刹车,可能会发生撞车事故。可是有些事故的发生,就是因为加驶员紧急刹车造成的。紧急刹车过程中,汽车虽然没有撞上正前方的物体,却像着了魔似的滑向路旁无辜的行人,造成人员伤亡。
其实这种“一刹到底”的刹车方法本身就有问题。此时因为没有最大限度地利用静摩擦力,以致刹车距离较长,且无法转向,由于惯性的存在,可继续向前滑冲,便可能发生侧滑、跑偏、方向不受控制等危险状况。所以有经验的驾驶员会在情况紧急时采用“点刹”,即快速地踩―放―踩―放刹车,一方面充分利用刹车装置的“内摩擦”使车轮转速迅速下降,另一方面反复利用轮胎跟地面的静摩擦力使汽车更快地减速,并让汽车保持转向的能力。
ABS利用的就是“点刹”的物理原理,ABS是英文antilock braking system的缩写,中文译为“防死锁刹车系统”。ABS能使车轮在即将到达锁死点时,通过轮胎上的传感器给电脑一个信号,然后电脑让刹车系统不再刹车,使刹车处在抱死和不抱死之间。电子式防抱死刹车在1s内可作用60―120次(机械式为6―12次),相当于不停地刹车、放松,相似于机械的“点刹”。防抱制动系统可以避免在紧急刹车时方向失控及车轮侧滑,以保证行车安全,使刹车距离缩短。
五、汽车撞击时的安全保障
汽车撞车时发生的严重伤害主要是由两个直接原因造成的:第一个是硬接触,是指乘员被撞瘪的车壳挤压所伤,或是约束不当的乘员撞击坚硬的乘客舱表面而受伤;第二种情况叫做强迫减速伤害,是指汽车因撞击而强迫减速时乘客被所系安全带或弹出的气囊所伤害,这种伤害程度较轻。
汽车中安全措施之一是座位上设置的安全带。安全带是一种斜系在乘员身上的带子,它在缓慢拉动时很松动,在迅速抽动时则被卡住,不能拉伸。大多数安全带都已改进,加装了预紧器和负载限制器。预紧器一旦感知汽车突然减速,就会立刻收紧松弛的安全带,从而较早地开始乘客的减速过程。负载限制器结构可以很简单,它是安全带上可打开的折叠状的结构,在外力达到6000N时会突然打开。为了防止安全带过度收紧而对乘客产生伤害,负载限制器在拉力大于限制负载时,终止回拉机构收紧安全带,限制作用在乘员胸部的压力,以保障乘员的安全。
安全气囊有助于分散安全带束缚乘客时对人体造成的局部压力,也给未系安全带的乘员提供了一些保护。前气囊对系安全带的驾驶员很有效,但对坐在前排的乘客的安全则不能保证。
六、新技术预防醉酒驾驶
我国每年因酒后驾驶导致的交通事故超过20万起,造成约5万人死亡。长期以来,醉酒驾驶主要依靠交通执法部门的劝诫与处罚,虽然取得了一定效果,但很难彻底根除。如果我们能研制一些预防醉酒驾驶的技术,通过技术手段来降低醉酒驾驶带来的危害,那么就能够完善酒后驾驶预防机制,大幅度地降低酒后驾驶事故的发生。
目前预防醉酒驾驶采用了更多的新技术,酒精传感器就是常用的一种新式仪器。例如在汽车换挡杆安装有高灵敏度的呼气式酒精传感器,酒精传感器能够检测驾驶员手部的汗水,并通过分析汗水中的酒精含量来判断驾驶员是否饮酒。如果酒精浓度超过限值,酒精传感器便会自动将变速箱锁住,驾驶员将无法驾驶,同时卫星导航系统也会发出声音警报,提醒驾驶员。又如在驾驶席及乘客席的座椅肩部位置安装酒精传感器,当传感器检测到车内空气中酒精浓度超标时,卫星导航系统便会同时发出声音和光学警报,进一步提醒驾驶员及乘客。有些设计者把酒精传感器安装到汽车方向盘或者钥匙上,驾驶员要开动汽车,必须通过酒精含量测试,否则无法启动汽车。如果我们能够普及酒精传感器等防醉酒驾驶仪器,那么就能更好地保障交通秩序和人们的出行安全,构建和谐的交通环境。
参考文献:
[1]吕兴行.物理学在现代汽车ABS上的应用.大学物理,2008,(4).
[2]陈丽.基于单片机的防酒后驾驶控制系统设计.传感器与微系统,2009,28,(2).
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