用物理的眼睛看交通

来源 :发明与创新(学生版) | 被引量 : 0次 | 上传用户:27-Aug
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  人们每天都要出行,因而交通道路和交通工具成为人们生活必不可少的组成部分。虽然我们熟知几种常见的交通工具及道路,但能否解释其中的一些奥秘呢?
  通过仔细观察和考证,我应用初高中的光学反射折射、热学、力和运动的一些基本知识,解释那些常见的交通现象。
  
  一、高速公路上的物理知识
  
  1 无论是在城市,还是在乡镇,每当到了夜晚,道路上的路灯就亮了起来。可是你是否注意到,在高速公路的两侧,为什么从来就没有路灯照亮呢?这其中蕴含着什么知识呢?
  一般情况下,公路上使用的路灯是物理学中的散射光,容易使开车的司机目眩,不但起不到积极的作用,反而使司机难以辨认交通标志、路面的标线及障碍物等。
  高速公路上车流大、车速快,如果因为路灯照射而影响司机的视线,就容易出交通事故。所以除了途中的服务区、控制室等区域路段,高速公路上通常不采用路灯照明。
  2 高速公路上时常有超车的情况,而且汽车都是在高速行驶。在转弯时,汽车通过和地面的静摩擦力提供转弯时所需的向心力。那么,超车路段的外侧路段要比内侧的路段坡度高,这样设计有什么意义呢?
  原来,外道超车的车辆的速度较大,所以需要较大的力提供向心力,由向心力的公式可以推导出和角度的关系为:F=mgtanθ。即角度越大,所能提供的向心力越大,可以允许车辆在外面坡度较高的车道具有较大的速度超车,而不至于发生交通事故。
  
  
  二、汽车上的物理知识
  
  1 所有汽车上,在车头的两侧有两只大灯,打开后能发出耀眼的光芒,照亮前方的道路,使汽车在黑暗中安全行驶,在它两侧还装有雾灯。
  而这些雾灯发出的光都是黄色的,这又是什么原理呢?为什么雾天开启的是雾灯而不是大灯呢?
  我们都知道,不同颜色的光具有不同的波长。波长越短的光频率越大,具有很强的穿透性,向四面发散传播的距离越远。黄色灯光的波长比起大灯发射的白光的波长短得多,即穿透性强得多,照明的距离也就远得多。
  因此,在有雾的天气情况下,汽车开启黄色的雾灯代替大灯照明,这是为了司机能看到较远的距离防止交通事故。
  2 许多小轿车的后窗玻璃上都有一条条的黄褐色的“五线谱”线条,许多同学都不知道是为什么。
  其实,这既不是小轿车的商标也不是其标志物,更不是什么装饰品,而是小轿车后窗的玻璃除霜装置。
  尤其我生长在北方这样的环境下,更容易观察到这样现象:东北的冬天,由于天气寒冷,在轿车内部,人体呼出来的湿热气体和发动机产生的热气聚集在一起,车厢内外的温度有很大的差别,车子在行驶的过程中,车厢内的湿热的空气一接触到冷冰冰的轿车后窗玻璃,使玻璃上结成一层冰霜。
  这样,结了霜的后窗玻璃就会遮住驾驶员的视线,驾驶员就不能通过面前的后视镜发现后窗的情况,不能倒车,影响安全行驶。
  因此,人们在后窗双层玻璃的夹层里,设置了一条条细小的、间隔均匀的电热丝,把它通上电后,便能像电炉那样发出热量,只不过其功率不用电热炉那样大,但足以融化冰霜,使其迅速蒸发掉,使后窗的玻璃始终保持透明清晰。
  
  三、火车中的物理知识
  
  汽车转弯时候要靠方向盘,而在铁路上行驶的火车却没有设置方向盘,那么火车是怎么实现转弯的呢?
  通过本人的实际观察,发现火车的铁轨的外轨比内侧轨要高一些,这里蕴含着什么样的物理知识呢?
  通过高一物理知识学习,我明白了火车是一直沿着轨道行驶的,火车的车轮一直受铁轨控制,火车的车轮不同于其他交通工具,火车车轮内侧设计了“轮缘”,火车车轮的“轮缘”自始至终都是嵌在两条平行钢轨的内侧。
  如果火车的内外轨都是平的,那么需要外侧轨道和轮缘之间的相互挤压的力,提供火车转弯时候的向心力,因为火车的质量和火车速度相当大,所以需要很大的力提供火车转弯时候的向心力,这就直接导致火车轮缘和外轨都很容易损坏。
  所以,火车的轨道设计都是内外轨道有一个倾斜度,这样可以提供火车转弯时候的向心力,减小外轨和轮缘之间的相互挤压,避免破损,并且为了防止突发事件,其物理原理如图所示。
  例如:火车突然提速或火车减少还是采用了轮缘,所以火车可以安全高速行驶。
  
  四、轮船中的物理知识
  
  航行中,轮船要想停靠在一个码头上,可不像公交车进站那样简单。轮船停靠岸的时候必须要在逆水方向,你知道这是什么道理吗?
  汽车和火车中都有刹车装置,可是轮船并没有刹车装置,因为轮船是浮在水面上的,在紧急情况下,轮船利用抛锚和主机倒车的方法,可以迫使轮船停下来。所以,轮船在逆水中停靠码头,就是利用了水流的阻力,让水流帮助轮船停下来。
  举例来说,一艘轮船的速度是8千米/时,水流的速度是2千米/时,那么顺流而下的轮船实际船速就是每小时10千米,由于水流流速和惯性的存在,很难使船停下来,一旦过了头,就得重来。所以,顺流而下的大型船只停靠码头时,必须绕一个大圈子,改变船头方向,顶着水流才能平稳安全地靠岸。
  通过高中物理运动的合成和分解的知识,我们就会得出这样一个结论:当船头朝着河流的对岸开始渡河的时间最短,可以在短时间渡到河对岸。而且在当船速大干水速的时候,渡河的位移最短,即最短位移为河的宽度d。
  这样,我们可以根据我们所学的物理知识,在实际渡河过程中,计算出我们渡河的最短时间和最短位移等。
  这些生活中的交通工具中,都涉及到很多我们所熟知的物理知识。多么神奇的交通世界,多么神奇的物理眼睛。
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