浅谈汽车中的物理学

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  摘要:物理是一门历史悠久的自然学科。随着科技的发展,社会的进步,物理已渗入到人类生活的各个领域;物理学存在于物理学家的身边;物理学也存在于同学们身边。在学习中,同学们要树立科学意识,大处着眼,小处着手,经历观察、思考、实践、创新等活动,逐步掌握科学的学习方法,训练科学的思维方式,不久你就会拥有科学家的头脑,为自己今后惊叹不已的发展,为今后美好的生活打下扎实的基础。
  关键词:物理;人类生活;科学意识;科学学习方法
  中图分类号:G633.7文献标识码:A 文章编号:1992-7711(2016)20-088-2随着科技的发展,社会的进步,物理已渗入到人类生活的各个领域。例如,汽车中的光学知识就有以下几点:
  1.汽车驾驶室外面的观后镜是一个凸镜。利用凸镜对光线的发散作用和成正立、缩小、虚像的特点,使看到的实物小,观察范围更大,而保证行车安全。
  2.汽车头灯里的反射镜是一个凹镜。它是利用凹镜能把放在其焦点上的光源发出的光反射成为平行光射出的性质做成的。
  3.汽车的雾灯发黄光,是因为黄光不易被散射,在雾天更容易被远处的人发现。
  力学方面
  (一)汽车受到竖直向下的重力作用,其质量越大,重力也就越人,并且其底盘质量都较人,这样可以降低汽车的重心,增加汽车行驶时的稳度。汽车受到地面对车的支持力,在水平路面上时,所受支持力与重力是-x,t平衡力,大小相等,方向相反;同时汽车对地面有压力,对地面的压力和路面的支持力是一对作用力与反作用力,大小相等,方向相反。但汽车过拱桥时因要改变运动状态(可看作圆周运动,需向心力),桥面对车的支持力小于重力,车对桥面的压力也就小于重力,而在过下凹路面时,则与之相反。
  (二)汽车的车身设计成流线型,可以减小汽车行驶时受到空气的阻力。在汽车快速行驶时,车的尾部会形成一个低气压区,尾部尘土飞扬,因此汽车后窗玻璃通常都是固定不能打开的。在高速小轿车后面还有类似飞机一样的尾翼,可防止高速行驶时因向上和向下的气压差而形成升力,减小了对地面的压力,从而使摩擦力减小,影响行车安全。
  (三)汽车前进的动力来自地面对主动轮(大多数汽车是后轮驱动)向前的摩擦力,而从动轮(前轮)与地面的摩擦力向后。
  (四)汽车在平直路面匀速前进时牵引力与阻力互相平衡,合力为零;加速时牵引力大于阻力,合力向前;减速时则与之相反。汽车转弯时,司机要转动方向盘,地面给车一个向内侧的摩擦力以改变车的运动状态(弯道处常常外侧比内侧高,同时使支持力和重力也形成一个向内的合力,防止因摩擦力过小不能提供足够的向心力,从而导致汽车转弯时出现向外打滑现象,以致引起侧翻)。而且汽车在转弯时,乘客会因为具有惯性向拐弯的外侧倾倒。汽车急刹车(减速)时,司机踩刹车通过增大压力来增大摩擦力,车轮与地面的摩擦由滚动摩擦变成滑动摩擦(急刹车时),从而使车作减速运动,乘客也会因惯性向车前方倾倒;加速或突然启动时,乘客又会因惯性向后仰。
  (五)不同用途的汽车,车轮宽度、大小和个数不同,与汽车对路面的压强大小有关。车轮表面做成凹凸不平,是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦。在冰冻的路面上行驶时,常在路面撒盐或煤渣,在车轮上套上防滑链来增大摩擦,而且要减速行驶。
  (六)汽车的座椅都设计得比较宽大,这样就减小了对乘客身体的压强,使人乘坐着感觉舒服一些。汽车修理中用的千斤顶等利用密闭液体能够传递压强,用较小的力就能获得较大的动力。
  (七)大量应用了简单机械:①方向盘、车轮、开窗摇柄等都是轮轴,②刹车杆、调速杆等装置是省力杠杆。
  (八)汽车爬坡时要换成低速档:由P=Fv可知,在功率一定时,降低速度,可获得较大的牵引力。
  (九)汽车行驶中还涉及速度、路程、时间及计费方面的计算,参照物与运动状态的描述等问题。
  (十)认识限速、里程、禁鸣等标志牌,了解其含义。交通管理方面要求:①小汽车的司机和前排乘客必须系好安全带,这样可以防止惯性的危害;②严禁车辆超载,不仅仅减小车辆对路面的破坏,还能减小摩擦、惯性等;③严禁车辆超速,防止急刹车时,因反应距离和制动距离过长而造成车祸;④严禁酒后驾车和疲劳驾车。
  热学方面
  (一)汽车发动机常用柴油机或汽油机等内燃机,利用燃料燃烧把化学能转化为内能,再把内能转化为机械能,对外做功。
  (二)发动机外装有水套,用循环流动的水帮助发动机散热,是因为水的比热容大。
  (三)冬天,为防止水结冰反常膨胀冻裂水箱,入夜时要排尽水箱中的水;而在寒冬时用冷水洗车比用热水洗车好,这样不易结冰。
  (四)小汽车的后窗玻璃板中嵌有一道道的电热丝,可防止车内的水蒸气液化后附着在玻璃上。
  (五)刚坐进汽车或有汽车从你身旁驶过时,因扩散现象会闻到浓浓的汽油味。
  (六)空调车车窗玻璃设计成双层的,在空调打开后要关好门窗,可减少热抟递。
  (七)环保汽车使用气体或液体燃料(如甲烷、乙炔、氢气、乙醇等),可减小对大气的污染。
  声学方面
  (一)汽车喇叭振动发声,而发动机的噪声又要尽量减弱(发动机的烟筒上装配消音器,是在声源处减弱噪声)。
  (二)为减轻车辆行驶时的噪声对道路旁边居民的影响,在道路旁设置屏障或植树,是在传播过程中减弱噪声。
  (三)喇叭发声:电能转化为机械能,以声波形式通过空气向周围传播。
  电学方面
  (一)低电压对人体相对安全些(在干燥环境下对人体的安全电压为36\7),所以供电系统均为低电压(12或24)。汽车的发动机常用低压电动机起动,电动机的原理是根据磁场对通电导体的作用工作的,它把电能转化为机械能。
  (二)汽车电动机(汽车电机)常用车载电瓶(蓄电池)供电,汽车运行过程中又利用车轮带动车载发电机发电,给蓄电池充电。给蓄电池充电时,电能转化为化学能储存起来,此时蓄电池是用电器用蓄电池给电动机供电时,化学能转化为电能,此时蓄电池才是电源。
  (三)车载蓄电池还被用来为汽车上配装的空调、电扇、收录机、CD机及各种用途的电灯供电,方便将电能转化为机械能、声能、光能等等。
  (四)油罐车的尾部通常要挂一条铁链直达路面,这样做有利于使运输过程中因颠簸摩擦而产生的静电荷迅速传到大地,避免因静电堆积而放电引起灾难。
  [参考文献]
  [1]严导淦编.高等学校教材《物理学》上、下册.高等教育出版社,1989(04).
  [2]秦允豪.普通物理学教程——热学(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
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