Демонстрация тормозного пути автомобиля на уроках физики

Гримм P.Д.

От студентов высшей школы и выпускников колледжей поступает, в основном, однотипная жалоба на то, что материал курса физики не находит применения в жизни. Сознавая эту проблему, мы должны выделить те явле­ния, которые одновременно являются и важными для студентов и объясни­мыми с точки зрения физических понятий. Один пример приходит на ум поч­ти сразу - это движение автомобилей. Учащиеся старших классов средней школы особенно интересуются автомобилями, ибо в этом возрасте они начи­нают водить машину. Вот задача об автомобилях, которая позволяет не­сколько углубить знания по физике. Рассмотрим два автомобиля - экономич­ную модель весом в 700 кг и «пожиратель бензина» весом в 1200 кг - движу­щиеся с одинаковыми скоростями. Какой автомобиль остановится раньше, если оба водителя затормозят одновременно?

После того как студенты выскажут свои предположения, откройте «Ру­ководство по вождению автомобиля» на странице, где указаны различные тормозные пути в зависимости от начальной скорости автомобиля. Данные в этой таблице приведены для равномерного торможения, когда колеса не за­клинены и нет проскальзывания. Заметьте, что эти данные не зависят от типа автомобиля. Эта независимость от массы действительна и в случае заклинен­ных колес. Если на одинаковых поверхностях коэффициент трения для обоих автомобилей один и тот же (а это приблизительно так), то сила трения будет равна mmg, а ускорение, направленное против скорости, равно mg, т.е. не за­висит от массы. Два автомобиля с разными массами остановятся на одинако­вом расстоянии. Этот факт не всегда очевиден для учащихся, а в практике преподавания не уделялось достаточного внимания его демонстрации.

Один из простых опытов, демонстрирующих это явление, схематиче­ски показан на рис. 1. Указанные два ската могут быть сделаны из дерева или других доступных материалов. В первом опыте на поверхность тележки гладкой стороной вниз помещается кафельная плитка. Затем натруженную тележку отпускают, и она катится вниз до тех пор, пока не ударится о край более короткого ската. В этот момент плитка соскользнет с тележки и за­скользит вниз, пока не остановится, подобно маленькому «экономичному» автомобилю в нашем примере из реальной жизни. Если скаты построены так, что имеют одинаковый угол наклона, а высота меньшего ската d равна высо­те тележки, то плитка соскользнет на вторую плоскость почти без помех.

Второй опыт производится теперь с двумя плитками. Поместите плитки на тележку шершавыми поверхностями друг к другу таким образом, чтобы они действовали как единое физическое тело. Они будут представлять тяжелый ав­томобиль в нашем примере. Если эксперимент проведен правильно, то будет видно, что оба автомобиля остановятся на одинаковом расстоянии.

Чтобы место остановки в обоих опытах было лучше видно, следует от­метить одним флажком середину плитки, а другим - место остановки на нижней плоскости. Для того чтобы скорость автомобиля в обоих опытах бы­ла одинаковой, кинетическая энергия вращения колес должна быть пренеб­режимо малой по сравнению со всей кинетической энергией тележки. По­этому лучше всего подойдет массивная тележка с легкими колесами. Такие тележки имеются в фондах многих учебных коллекторов.

ПРИМЕРЫ РЕФЕРАТА

На русском языке

Демонстрация тормозного пути автомобиля на уроках физики. Grimm RJ3. A classroom demonstration of automobile stopping distances. ‘The Physics Teacher”, N.Y., 1998 No. 11, ил. (англ.). Материал курса физики должен отвечать практическим интересам обучаемых. Например, учащимся в том возрасте, ко­гда они начинают водить машину, можно предложить задачу: «Два автомобиля весом в 700 кг и 1200 кг движутся с одинаковой скоростью. Какой автомобиль остановится раньше, если оба водителя затормозят одновременно?».

Предлагается ознакомиться с руководством по вождению автомобиля и с данными о длине тормозного пути в зависимости от начальной скорости. Указывается, что, поскольку при одинаковом коэффициенте трения сила тре­ния равна mmg, а ускорение, направленное против скорости, равно mg. оба автомобиля остановятся одновременно. Для наглядности проводится сле­дующий опыт: с помощью устройства из двух скатов с одинаковым утлом наклона и спускаемой тележкой, на которую в первом опыте кладется одна, а во втором - две кафельные плитки, имитируются легкий и тяжелый автомо­били (см. рис. 1). При ударе о край короткого ската плитки соскользнут с те­лежки и будут скользить вниз, пока не остановятся. Из опыта видно, что оба автомобиля пройдут одинаковый тормозной путь.

На английском языке

Grimm R.D. A classroom demonstration of automobile stopping distances. •’The Physics Teacher", N.Y., 1998, No. 11. Recognizing that physics course ma­terial is often irrelevant, it is necessary to identify physical concepts with things that are important to students. An example of the stopping distances of two cars with different masses can teach some physics. It is shown that if the со efficient of friction is the same for the two cars on the same surface, then the friction force is Mmg and the deceleration is Mg, independent of mass. Thus the two cars will stop at the same distance. A simple demonstration of this concept is set up with two ramps with the same angles of inclination and a cart with one and then two bath-

room tiles (see Fig. 1). It will be seen that the two tiles will skid to a stop in the same distance. The same will be true for the imitated cars.

ПРИМЕРЫ АННОТАЦИИ

На русском языке

Демонстрация тормозного пути автомобиля на уроках физики. Grimm R.D. A classroom demonstration of automobile stopping distances. "The Physics Teacher", N.Y., 1998, No. 11, ил. (англ.). Рассматривается проблема отбора учебного материала, адекватного практическим интересам учащихся старших классов средней школы при изучении физики. Описывается простой опыт, демонстрирующий независимость тормозного пути тел от их массы при ус­ловии одинаковой начальной скорости движения на одинаковой поверхности при одном и том же коэффициенте трения.

На английском языке

Grimm R.D. A classroom demonstration of automobile stopping distances. "The Physics Teacher", N.Y., 1998, No. 11. The choice of facts that can teach some physics and are at the same time important to high school students is dis­cussed. A simple classroom demonstration showing the lack of dependence of stopping distances on mass.