从物理角度探讨安全问题

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　　【摘 要】物理中的力学知识对安全出行、安全运动、安全生产等众多方面具有重要的指导意义。作为中学生，我们应该做到理论与实践相结合，学以致用，让生活更美好。
　　【关键词】物理角度；力学；安全
　　【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437（2019）04-0245-02
　　我国先贤们在理论与实践的关系问题上提出了“读千卷书，行万里路”的主张，就是要强调把所学知识运用于生活实践之中。作为一名喜欢物理学科的学生，对力学尤其兴味盎然，结合力学知识，笔者对运动中的安全问题有一些自己的见解，下面就以力学为例谈一谈我们日常生活中的安全问题。
　　1 直线运动中的安全问题
　　众所周知，如今交通发达的同时交通事故也逐年增多，究其原因大都是司机违规驾驶、超载、超速造成的，为此，很多路段都进行汽车限速。虽然如此，一些司机开车时，对高速驾驶的危害重视程度依然不够，驾驶的速度往往比较高，造成危害的几率也就会大大提高。下面通过一道例题来探讨紧急情况下汽车刹车的安全距离。
　　如为了安全起见，在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离。已知某高速公路的最高限速为120 km/h。
　　假设前方车辆突然停止，后车司机从发现这一情况，经操纵刹车到汽车开始减速所经历的时间（即反应时间）为0.50 s。刹车时汽车受到的阻力大小为汽车重力的0.40倍。该高速公路上汽车间的距离至少应为多少？（取g=10 m/s2）
　　解：在反应时间内，汽车做匀速运动，运动的距离为
　　s116.7m
　　设汽车质量为m，在刹车时间内由牛顿第二定律得
　　即刹车时加速度=4 m/s2
　　则剎车距离s2138.9 m
　　因此所求距离s=s1+s2=155.6 m
　　通过上述计算，我们可以知道，限速120 km/h的高速公路上的行车安全距离将近160 m。由以上的计算我们得知，汽车行驶的速度越大，需要的安全距离也越大，而实际上驾驶员在高速公路上驾驶时，很多司机并没有严格保持这个距离，所以存在着安全隐患。同时我们可以推知，越是在能见度较底的浓雾天气或人群密集的闹市区，给司机的刹车距离越小，汽车行驶的速度就应该越小，所以，驾驶员必须养成遵守交通规则的好习惯。
　　2 曲线运动中的安全问题
　　我们学过离心运动的知识。曾经在网络上看到过这样一例交通事故：一段时间内，在四川省某县山区的一段道路上，在同一弯道处连续发生了几起交通事故，事故都发生在雨天、傍晚，且都是坠落山崖。这个典型案例牵涉到曲线运动知识。以下题为例：
　　如汽车在水平的公路上转弯，设弯道半径为100 m，车轮与干燥路面间的摩擦因数是0.5，若汽车的行驶速度为16 m/s，汽车会发生侧滑吗？若下雨后汽车与湿路面间的摩擦因数为0.1，汽车仍按原速行驶，会侧滑吗？要使汽车不侧滑，汽车的最大行驶速度为多少？取g=10 m/s2
　　解：设汽车质量为m，在干燥路面以速度v行驶时刚好不侧滑，由牛顿第二定律
　　得22.3 m/s>16 m/s
　　∴汽车不发生侧滑
　　若 由上式得10 m/s<16 m/s
　　∴汽车发生侧滑
　　要使汽车不侧滑，最大行驶速度10 m/s
　　由以上定量的计算，我们明白了事故的原因是：雨天汽车与地面间摩擦因数减小，傍晚司机赶路行驶速度较快，在弯道上摩擦力不足以提供足够大的向心力，导致汽车侧滑而坠落山崖。因此，雨雪天气行车速度要慢。当然曲线运动涉及安全问题的例子还有很多，如在行人较多的生活区，马路上有时会设置减速带，即圆弧形的拱形路障。针对这一现象，可以根据圆周运动知识做如下分析。
　　设汽车质量为m，以速度v运行，减速带半径为R，汽车所受支持力为FN，由牛顿第二定律得
　　得
　　当汽车运动速度v越大时，汽车所受支持力FN越小；当v=时，FN=0；若汽车速度过大，则汽车将离开路面，增加不安全系数，因此汽车过减速带时的速度不能
　　超过；减速带半径越小，限制的速度就越小，我们可以通过调节减速带的半径，在不同的路段将汽车的速度限制在不同的范围内，从而提高安全系数；而人们开车或骑车经过减速带时更应该自动减速。
　　3 体育运动中的安全问题
　　如今，我们的课外活动比较丰富，运动项目逐渐增多，随之，在运动过程中受到伤害的现象也在增多。虽然经验可以让人们远离一些伤害，如太高的地方很多人不敢往下跳；但如果必须跳时，如何避免或减小伤害呢？
　　如一般成人胫骨的极限抗压力强度约为
　　1.5×107 N/m2，胫骨的最小横截面积一般为3.2 cm2。假若一质量为50 kg的人从一定高度双足落地，落地下蹲时其重心又下降15 cm，是计算下落高度超过多大时就会导致胫骨骨折。
　　解：双脚胫骨横截面所能承受的最大冲击力为 9.6×103 N
　　设人的质量为m，安全下落的极限高度为h1，触地后重心下降的高度为h2，触地时人的速度为v，由动能定理 得
　　设人从触地到静止做匀变速直线运动，时间为t，地
　　面对人的支持力为F，由动量定理得
　　由运动学公式
　　解得2.7 m
　　由上式可知：落地后重心下落的高度越大，人安全下落的极限高度就越高。那么人从高处跳下，落地后应双腿弯曲使重心继续下降，这样可以避免腿部胫骨因承受压力过大而导致的骨折。
　　4 平衡时的安全问题
　　我们都知道物体放在斜坡上时，斜坡倾角越大物体越不容易放稳。那么怎样使物体在这样的斜坡上放稳呢？学完重心知识后，有这样一道例题。
　　如运输货车的制造标准是：当汽车侧立在倾角为300的斜坡上时仍不致于翻倒，也就是说，货车所受的重力的作用线仍落在货车的支持面（以车轮为顶点构成的平面范围）内。如果车轮间距离为2.0 m，车身的重心不能高出地面多少米？（设车的重心在车底面的中轴线上）
　　解：连接货车的重心O点和前车轮与地面的接触点A，要使汽车不翻倒，则应，
　　则汽车重心离地面的高度
　　因此，我们要让物体在斜面上安全放置，应尽量使物体的重心降低或使物体与地面接触的面积增大。这个知识在货物运输与较重物体搬移的过程中意义重大，只要引起足够的注意，就可以指导我们避免安全事故的
　　发生。
　　综上所述，我们可以发现，物理知识对安全出行、安全运动、安全生产等众多方面具有重要的指导意义。作为中学生，我们应该关注现实，用心思考，做到理论与实践相结合，把所学知识运用到实际生活中，让生活更
　　美好。
　　【作者简介】
　　许梓琛（2001～），男，河南洛阳人，汉沽第一中学2019届学生。
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