Искусственная дорожная неровность (проект по физике)

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №4»

города Железногорска Курской области

Проект по физике: «Искусственная дорожная неровность»

Подготовил проект: ученик 10 класса

Евтюхов Алексей

Научный руководитель: Ивкина Н.В.

Железногорск

2011-2012 учебный год

ИДН (искусственная дорожная неровность).

Тема искусственной дорожной неровности заинтересовала меня. Это, на первый взгляд простое устройство, в несколько раз сократило ДТП (дорожные транспортные происшествия). Для тех водителей, которые не обращают внимания на дорожные знаки, пешеходные переходы и не соблюдают скоростной режим, придумали ИДН – искусственные дорожные неровности. А попросту – «лежачих полицейских».

У меня много друзей, которые имеют водительские права и управляют различными транспортными средствами. Большинство из них имеют водительский стаж  до 5 лет. Я сам в УПК осваиваю профессию водителя грузового автомобиля. Мне захотелось узнать мнение об ИДН молодых водителей. Тема настолько захватила меня, что я решил провести исследование мнений водителей разной квалификации и водительского стажа. Мне удалось опросить 121 человека- это мои друзья, знакомые, соседи по дому, соседи по даче, водители авто предприятия МГОКа (там работает моя мама и она помогла мне в анкетировании). Таким образом, опрошенные водители имеют стаж от 1 года до 40 лет. Среди них есть водитель только легкового или только грузового транспорта, но есть и такие водители, которые используют в своей жизни автомобили разного вида.

Таблица 1

Опрошенные водители (всего 121 человек)

Искусственные дорожные неровности бывают двух видов: самодельные –«под асфальт» и выпускаемые промышленными предприятиями-резиновые. Параметры у разных видов существенно отличаются. Самое главное отличие – это радиус кривизны. У промышленных ИДН радиус кривизны намного меньше.

Экономическая составляющая ИДН.

ИДН, она же искусственная дорожная неровность (а по-простому, «лежачий полицейский») – средство для улучшения безопасности движения автомобильного транспорта на участках дорог прилегающих к местам, связанным с большим скоплением людей, такие как детские садики, поликлиники, школы, центры торговли и т.д. При применении ИДН, безопасность пешеходов достигается за счет именно того, что водители вынуждены снижать скорость движения своих автомобилей при переезде через такого «лежачего полицейского».

 Протектор, нанесенный на «лежачего полицейского», призван улучшить сцепление шин автомобилей с его поверхностью. Также в поверхность «лежачего полицейского» вмонтированы специальные вставки желтого цвета из светоотражающего материала, что увеличивает видимость такого ИДН в темноте. Концевые элементы с закругленными краями, кроме эстетических свойств, имеют возможность пропуска потоков воды по краям дороги.

 К асфальтовому покрытию все секции такой конструкции как «лежачий полицейский» прикрепляются специальными анкерными болтами. Благодаря тому, что конструкция «лежачего полицейского» - секционная, он может быть выполнен любой длины, чтобы по своей длине соответствовать любой ширине любой дороги.

Специальные полимерные материалы, которые используются при производстве ИДН, при эксплуатации позволяют без всякого вреда выдерживать перепады температур от -50 до +50С.

 У нас  в городе Железногорске «лежачий полицейский» применяется из секций:

 500*500*50 – размеры среднего элемента ИДН.

 500*250*50 – размеры концевого элемента ИДН.

 Искусственная дорожная неровность (идн) - "лежачий полицейский"  купить можно у разных производителей.

Искусственная дорожная неровность средний элемент 500*500*50 - цена 1300 рублей.

 Цена среднего элемента (с НДС)

Искусственная дорожная неровность концевой элемент 500*250*50 - цена 880 рублей.

 Цена концевого элемента (с НДС)

Анкерный болт для крепления искусственных дорожных неровностей диаметром 10мм, длинна 120мм-130мм – цена  30 рублей.

Вот по госту лежачий полицейский должен иметь высоту не более 7 см .

«п. 7.1. Участки дорог, на которых устроены ИН, следует оборудовать дорожными знаками и дорожной разметкой в соответствии с ГОСТ Р 52289, ГОСТ Р 52290 и ГОСТ Р 51256. п. 7.2. Перед ИН на ближней границе ее разметки устанавливают дорожные знаки 1.17 Искусственная неровность и 5.20 Искусственная неровность» заводского изготовления.

Правила движения через ИДН.

Для тех водителей, которые не обращают внимания на дорожные знаки, пешеходные переходы и не соблюдают скоростной режим, придумали ИДН – искусственные дорожные неровности. А попросту – «лежачих полицейских».

Их в последнее время на дорогах стало много, особенно в жилых зонах и у нерегулируемых пешеходных переходов улиц. Волей-неволей водителям приходится тормозить. Но не все умеют проезжать эти неровности правильно.

Когда водители нажимают на педаль тормоза движущегося автомобиля, то тормозные силы возникают в месте контактов колёс с дорогой. Они направлены назад. Но сразу остановиться автомобилю не даёт явление инерции, которая тянет машину вперёд. Эта сила приложена к центру масс, который находится значительно выше поверхности дороги.

Две силы, действующие в противоположных направлениях и приложенные к разным местам, называются в физике моментом сил. Этот момент пытается прижать переднюю часть автомобиля к земле, а заднюю приподнять. Пружины передней подвески при этом сжимаются, нагрузка на рычаги и подшипники возрастают. И тем сильнее, чем активнее торможение.

Передняя часть поднялась до верхней точки ИДН, ускорение направлено вниз , поэтому вес передней части стал меньше силы тяжести. Задняя часть автомобиля въехала на ИДН, а передняя коснулась земли, поэтому вес передней части увеличился и стал больше силы тяжести.

 Если мы во время торможения наезжаем на «лежачего полицейского», то передняя подвеска получает ещё и удар снизу, в дополнение к нагрузке сверху из-за увеличения веса при столкновении с землей. Вес стал меньше на ma , а затем больше на  ma. P1 =mg-ma, P2 =mg+ma

Один такой двойной удар подвеска выдержит. И десять, наверное, выдержит. Но если так ездить регулярно, то машина долго не протянет.

Поэтому тормозить перед неровностью нужно заранее. А за метр-два педаль тормоза отпустить. Тогда нос машины успеет приподняться, и удар будет только снизу, который воспримут мягкие несжатые пружины. Если водитель заметил препятствие поздно и не успел снизить скорость, всё равно нужно отпустить тормоза – удар будет сильный, но только с одной стороны.

Проезжать дорожные неровности можно разными способами.

Итак, проезжать дорожные неровности, искусственные и естественные, лучше при равномерной невысокой скорости. Её величину каждый может определить экспериментально – проезжаем так, чтобы в машине ничего не гремело.

Мы, подъезжая к неровностям, прибавляем газу, приподнимая нос автомобиля. А над ними притормаживаем, поднимая хвост. Можно так перепрыгнуть и через ИДН, но нужно тренироваться.

Встречаются рекомендации проезжать «лежачих полицейских» под некоторым углом к ним. Тогда колёса по очереди переезжают препятствие, и нагрузка на подвеску уменьшается. Но при современном многорядном движении это не всегда возможно. Приходится просто снижать скорость.

А вот самая большая ошибка, которую можно увидеть как у начинающих, так и водителей со стажем. Они бывают так поглощены процессом переезда через «лежачего полицейского», что не замечают пешеходов на переходе, выделенном этими самыми полицейскими.

Препятствие ведь укладывают не для того, чтобы позлить водителей, а чтобы оградить этот пешеходный переход.

Берегите подвеску своего автомобиля, а заодно и пешеходов, переходящих дорогу. Они, согласно Правилам, – полноправные участники дорожного движения.

(здесь помещена фотография наезда переднего колеса автомобиля на ИДН)

Тема моего исследования связана с законами движения, а значит с законами физики.  Поверхность ИДН является частью сферы, в сечении она представляет собой окружность, а значит,  к движению автомобиля можно применить законы физики из раздела «Равномерное движение по окружности». Оказавшись в верхней точке «лежачего полицейского» колесо имеет центростремительное ускорение, которое направлено вниз. Следовательно, вес автомобиля становится меньше силы тяжести. «Сцепка» с дорогой ослабевает, и колесо может «взлететь»- оторваться от дорожного покрытия.

(здесь помещена фотография наезда на ИДН заднего колеса автомобиля)

Центростремительное ускорение — компонента ускорения точки, характеризующая изменение направления вектора скорости для траектории с кривизной. (Вторая компонента, тангенциальное ускорение, характеризует изменением модуля скорости.) Направлено к центру кривизны траектории, чем и обусловлен термин. По величине равно квадрату скорости, поделенному на радиус кривизны. Термин «центростремительное ускорение» в целом эквивалентен термину «нормальное ускорение»; различия лишь стилистические (иногда исторические).

Наиболее простым примером центростремительного ускорения является вектор ускорения при равномерном движении по окружности (направленный к центру окружности).

В классической механике центростремительное ускорение вызывается компонентами сил, направленными ортогонально вектору скорости (и следовательно - перпендикулярно касательной к траектории в данной точке). Например, кривизна орбит космических объектов характеризуется центростремительным ускорением, вызванным гравитацией.

Связанное понятие для неинерциальных систем отсчёта — центробежная сила.

О ФОРМУЛЕ ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОГО УСКОРЕНИЯ

Не правда ли, что формула      очень красиво выглядит.

Но. Всем лень заглянуть в энциклопедию и посмотреть как эту формулу  ”вывел“  Гюйгенс.

Привожу вывод Гюйгенсом формулы центростремительного ускорения, взятый из энциклопедии.

Как рассуждал Гюйгенс, выводя формулу для центростремительного ускорения?

Тело движется равномерно по окружности с радиусом  и со скоростью . В данный момент времени тело находится в точке  и имеет скорость .

Это изображено на рис. 1.

Рис. 1

Тело хочет двигаться прямолинейно по инерции, но центростремительная сила возвращает его на линию окружности.

Гюйгенс предлагает, пусть путь  будет движением вперёд, а отрезок  будет возвратом тела на линию окружности. Тогда из треугольника  по закону Пифагора

,

,

,

.

Подставим эти обозначения в теорему Пифагора

.

Так как время  очень маленькое, то последним членом можно пренебречь. Тогда после преобразования этого выражения получится

,

где  - линейная скорость тела,

 - центростремительное ускорение.

То, что центростремительного ускорения в природе не существует и это ошибка Гюйгенса разбирается в статье ”О центростремительном ускорении“. В этой же статье я хочу показать, что представляет собой эта ошибочная формула. Так уж она безобидна.

Итак, формула  ошибочная, но, сколько лет мы ею пользовались и продолжаем пользоваться.

А теперь посмотрим, что означает ”сократим последний член слагаемого“, который отличается от предыдущего члена степенью в квадрате?

Какова ошибка от такого сокращения?

Проверим. Возьмём любое число меньше единицы, например, 0,1.

В квадрате это число станет 0,01.

Теперь у нас два числа, по формуле с сокращением последнего члена, и без его сокращения.

Одно без сокращения 0,1 + 0,01 = 0,11.

Другое с сокращение 0,1.

Эти два числа отличаются друг от друга на 10%.

Если взять число 0,2, то погрешность составит 12%.

Если взять число 0,9, то погрешность составит 19%.

Таким образом, ошибка вычислений по ”красивой“ формуле Гюйгенса  находится во втором знаке и составляет от 10% до 19%, в зависимости от величины первой цифры, а эта цифра может быть любой.

Ошибка, вычисленная по формуле Гюйгенса, даже не является закономерной.

Можно ли такой формулой пользоваться?

И чем в таком случае занимается ”современная“ физика?

А, вот чем. Сидят инженеры или астрономы или другие ”учёные“ и вычисляют центростремительное ускорение с точностью кто до 5, а кто до 7 знака.

Во всём этом виноват запрет на дискуссии, который руководство РАН неукоснительно выполняет, следуя указаниям из-за рубежа и получая от руководства страны ордена и медали.

Не было бы запрета на дискуссии ,не было бы и ошибок. Это проблема для обсуждения ученых, а на практике центростремительное ускорение влияет на движение автомобиля и ошибки в пятой цифре после запятой не существенно влияют на движение автомобиля.

При движении по ИДН мы не вычисляем величину центростремительного ускорения, но именно она определяет величину перегрузки.

Величина центростремительного ускорения является главным ограничителем скорости. В населенных пунктах скорость не должна превышать 60 км/ч. В местах наибольшей активности пешеходов устанавливаются искусственные дорожные неровности, чтобы скорость была еще меньше.

Таблица 3

Оптимальность выбора места расположения на дороге ИДН.

(здесь помещена фотография соприкосновения колеса с горизонтальным покрытием дороги)

Безопасность пешеходов и других участников движения - основная задача. По мнению водителей, безопасность ИДН оценивается так. Молодые водители со стажем до 10 лет считают наиболее безопасными резиновые промышленные ИДН, а водители со стажем  от 10 до 40 лет считают менее опасными ИДН «под асфальт», так как радиус кривизны у них больше, а значит меньше центростремительное ускорение.

В Железногорске ИДН «под асфальт» установлены на дорогах рядом со школами №2,4,5,8,10.

Хорошего качества промышленная ИДН установлена на улице Гагарина, а в 12 микрорайоне промышленная ИДН сама представляет угрозу безопасному движению автомобиля, т.к. нарушена ее целостность.

Таблица 2

Наиболее безопасным является ИДН.

Для безопасности движения очень важна целостность ИДН, а на следующем фото вы увидите фото «лежачего полицейского» у нас в городе Железногорске в 12 микрорайоне. Ясно, что такая  ИДН сама является источником опасности.

(здесь помещена фотография ИДН, несоответствующая правилам безопасного движения)

Таблица 4

ИДН представляет угрозу для невнимательного водителя.

В использовании ИДН есть свои «плюсы» и «минусы», но водители твердо уверены, что ИДН нужны на улицах города.

Таблица 5

Нужны ли в городе ИДН.

Из диаграммы видно, что большинство водителей уверенно выступают за использование ИДН, но с большим радиусом кривизны, т.к. именно такой элемент дороги является наиболее безопасным и для водителя, и для автомобиля, и для пешеходов. Препятствие  укладывают не для того, чтобы позлить водителей, а чтобы оградить  пешеходный переход.

Берегите подвеску своего автомобиля, а заодно и пешеходов, переходящих дорогу. Они – полноправные участники дорожного движения.

Используемые источники:

1. Николаев С.А. “Эволюционный круговорот материи во Вселенной”. 6-ое издание,

СПб, 2010 г., 320 с.

2. Николаев С.А. ”Ошибочный перевод Эйлера законов Ньютона“. СПб, 2011 г., 44 с.

3.Мякишев Г.Я.,Буховцев Б.Б. .Физика10,М.,»Просвещение»,2010г.

4.Средства Интернет

План.

1.Обоснование выбора темы проекта.

2.Статистика опрошенных.

3.Экономическая составляющая ИДН.

4.Правила дорожного движения через ИДН.

5.Законы физики «работающие» при движении через ИДН.

6.Исследование мнений водителей о правомерности и безопасности установленных в Железногорске ИДН.

7.Выводы.

8.Литература