Тема: Безопасность на дорогах в зимнее время под углом зрения водителя и с учетом законов физики.
Цель: Рассмотреть законы физики, которые должен учесть водитель при езде в зимнее время.
Познакомиться с научным подходом при выборе колеса. Изучить навыки безопасного торможения и езды с управляемым заносом. Сделать выводы о поведении пешеходов на дороге, и вблизи ее, в зимний период, особенно во время снегопада и гололеда.
Ход мероприятия:
Зима, крестьянин торжествуя…
На самом деле зима преподносит много неожиданностей и сюрпризов для водителей, зная, что коммунальные службы далеко не всегда справляются со своими обязанностями. И если в произведении говориться, « …рады снегу зверь и птица, и конечно человек…» то водитель тихо грустит где-то в сторонке.
На сегодняшнем мероприятии мы и поговорим с вами, как подготовиться к зиме, и как безопасно прокатиться по зимней дороге.
Езда зимой кардинально отличается от управления автомобилем в теплое время года. Это и неудивительно, учитывая факторы такие как – снег, скользкая трасса, и другие не менее "приятные" особенности зимнего времени. Зимнее вождение накладывает на автомобилиста массу ограничений и обязанностей, которые следует учитывать, садясь за руль. Опытные водители, как правило, готовы к таким сюрпризам и очередным заносом их уже не удивишь, однако у новичков резкий уход машины в сторону или продолжение движения после нажатия на педаль тормоза — может стать настоящим ужасом, от которого "сердце уходит в пятки".
Сегодня поговорим о таком актуальном и полезном вопросе как: "Езда зимой и все, что с ней связано", полезные советы и рекомендации \9 позволят сделать зимнее вождение безопасным и уберегут вас и ваш автомобиль от неприятностей, а также ДТП. Правила зимней езды не требуют от вас каких-то нереальных навыков или умений, все что нужно это уяснить, что зимой автомобиль ведет себя по другому и с этим необходимо считаться, со временем эти правила станут для вас если не привычкой ( авто ведь у вас пока нет) но и вооружат вас знаниями, как пешехода.
И так, первое, это обувка. Попробуйте пройтись на « лабутенах» или даже на обычных лодочках по гололеду. Скорее всего свое путешествие вы закончите в ближайшем травпункте. Автомобиль конечно устойчивей. Ведь у него четыре точки опоры. Но и едет он быстрее, чем ваши шаги, поэтому и «обувь» для него должна подбираться тоже тшательно.
1 Зимняя резина
Не рекомендуют пытаться сэкономить или обмануть кого-то, отказываясь от замены резины с летней на зимнюю вы, прежде всего, обманываете себя, поскольку становитесь жертвой мнимой экономии. Уж поверьте, в процессе эксплуатации себе дороже будет, дорога не прощает таких ошибок или шуток... Доказательством моих слов становятся тысячи ДТП связанные с отсрочкой или не желанием менять летнюю резину на зимнюю. Большим спросом пользуется так называемая "всесезонка", которая одновременно сочетает в себе свойства летней и зимней резины. Это, конечно же, лучше чем вообще не менять резину, однако всесезонные шины никогда не смогут похвастаться такими характеристиками коими обладают чисто летние или зимние шины. Поэтому не экономьте на себе и своей безопасности и производите замену согласно погодным условиям.
2 Ширина профиля. Площадь пятна контакта
Шина под действием силы тяжести автомобиля деформируется, образуя так называемое пятно контакта. Пример из жизни: если сидящий в автобусе ребенок прислонится носом к окну, то папа с мамой с улицы увидят смешной «пятак» на кончике носа :). Это и есть пятно контакта. Аналогичная картина и с шиной, которая прижимается к дороге. Среди автолюбителей принято считать, что чем шире шина, тем больше площадь пятна контакта шины с дорогой и тем лучше сцепление с дорогой. И, якобы, тем короче тормозной путь, тем лучше маневренность и управляемость машины. А еще иногда думают, что если машина тормозит не прямо, а боком, то тормозной путь будет короче, потому что шире пятно контакта. Это не так. Сразу приведу доказательства из физики.
3 Тормозной путь: S = V2/2µg (1)
Здесь S – тормозной путь, v – скорость движения машины, µ — коэффициент трения шины о дорогу, g – ускорение свободного падения.
Как видно, тормозной путь не зависит от ширины профиля шины и площади пятна контакта шины с дорогой. В этой формуле есть единственный «представитель» от шины – это коэффициент трения, который зависит от природы соприкасающихся тел. В данном случае – от типа дорожного покрытия и от химического состава резиновой смеси протектора шины. Соответственно, и сцепление шины с дорогой зависит от состава резиновой смеси протектора. Поговорим. Почему же пятно контакта не влияет на силу сцепления?
Очень просто. С одной стороны, чем больше его площадь, тем большим числом «щупальцев» шина цепляется за дорогу. Этот факт лежит на поверхности, и люди охотно думают, что сцепление пропорционально ширине шины. Но есть и другая сторона медали, о которой многие забывают: от размера пятна контакта напрямую зависит вес шины, приходящийся на единицу площади, то есть давление, которое она оказывает своим весом на дорогу. Чем больше площадь контакта, тем меньше давление шины на дорогу. Прошу вас не путать давление шины на дорогу с давлением воздуха в шине :)Два примера из жизни Вопросы к ученикам.
-Что такое тупой нож и острый нож?
Тупой – у которого лезвие толще, а острый – у которого тоньше. Разница всего лишь в давлении, которое нож оказывает, например, на хлеб. Тоньше (т. е. меньше площадь контакта ножа с хлебом) – больше давление, лучше режет, толще – хуже.
-Предположим, рыбаку нужно перейти замерзший пруд с тонким льдом. Какие лыжи нужно надеть? Беговые – с шириной около 5 см, или охотничьи – с шириной порядка 30 см?
-Конечно, охотничьи. Потому что они шире, на них будет меньше давление на лед и ниже вероятность провалиться.
По этой причине, кстати, зимние шины всегда уже летних – чтобы увеличить давление на дорогу и лучше «вгрызаться» в снежно-ледяную корку.
В итоге, если мы увеличиваем площадь пятна контакта (т. е. вместо 205-й шины ставим 255), то мы уменьшаем давление на дорогу. Получается, во сколько раз мы увеличиваем площадь сцепления с дорогой, ровно во столько же раз мы уменьшаем давление на дорогу. Баш на баш – и сцепление не меняется.
4 Влияет ли на сцепление рисунок протектора?
Как кстати не влияет на сцепление и рисунок протектора. Если вы обратите внимание на гоночные слики, в той же Формуле 1, то они вообще "лысые" и не имеют какого-либо рисунка. Рисунок на летних шинах нужен только для того, чтобы отводить воду из пятна контакта. На сцепление влияет не рисунок, а тип протектора: грязевой, зимний, дождевой, летний. На летних шинах вы увязнете в грязи и снегу, а на грязевых "тракторных" не проедете быстро по извилистой дороге. Но это принципиально разный тип протектора, с разным предназначением.
Возьмите три разных шины Nokian Hakkappeliitta: 4,5 и 7. Рисунок у всех разный, но суть одна, все модели хорошие. Можно также взять топовые зимние шины от разных производителей Nokian, Michelin, Gislaved, Goodyear. У всех рисунки протектора разные, но характеристики схожи. Потому что у всех одинаковое предназначение и зимний тип протектора, имеющий грунтозацепы и ламели, а главное — состав резины. А вот у Россиян, не помню точно производителя, есть шина — по рисунку протектора точная копия Goodyear Ultragrip 500. И разница между ними, как между небом и землей, как вы понимаете. Как рисунок не копируй, а без качественного состава резины никуда. И сцепление шины с дорогой зависит не от того, какой рисунок на шине — в ёлочку, полосочку или клеточку, а от состава резиновой смеси.
То есть зимними или летними шины делает тип протектора, а рисунок — единственное, что может "пощупать" покупатель при покупке и что может повлиять на эмоциональное восприятие шины. Конечно, есть любители запаха резины, который стоит в шинных магазинах, но это уже отдельный разговор :)
5 Что говорят о сцеплении законы физики?
Если снова прибегнуть к помощи формул, то сила трения сцепления (она же сила трения покоя) в отсутствии адгезии (эффекта приклеивания соприкасающихся поверхностей) определяется законом Кулона:
F = µN = µmg (2)
где µ — коэффициент сцепления, N — вес тела (шины, в данном случае), m — масса тела (шины), g — ускорение свободного падения.
Как вы понимаете, дорожные шины не приклеиваются к асфальту, а тем более к обледеневшей дороге, поэтому это как раз наш случай. Как видите, площадь пятна контакта в силу трения покоя вклада не вносит, как и в длину тормозного пути.
Чтобы было понятнее, куда же делась площадь, можно закон Кулона переписать иначе, с учетом площади пятна контакта и отразить влияние пятна на давление. Все просто: давление тела на опору или, в нашем случае, шины на асфальт равно весу тела (шины), деленному на площадь контакта:
P = N/S = mg/S (3)
где P — давление шины на дорогу, N = mg — все тот же вес шины. Тогда отсюда можно выразить вес через давление:
N = PS (4)
Теперь, если подставить эту формулу в закон Кулона, получим:
F = µPS (5)
Или, выражаясь человеческим языком, сила сцепления шины с дорогой пропорциональна коэффициенту сцепления, давлению шины на дорогу и площади пятна контакта. Это именно то, как воспринимает силу сцепления большинство людей. Но здесь зарыта собака — в том, что давление напрямую зависит от площади пятна контакта и обратно пропорционально ему. Об этом нам говорит формула (3). Поставляя сюда выражение для давления, получим:
F = µmgS/S (6)
Тогда площадь мы успешно сокращаем и приходим к закону Кулона (2) и силе сцепления, не зависящей от площади пятна контакта.
6 Вопрос ученикам Шина катится за счет трения качения или… покоя?
Кстати, скажу еще об одном частом заблуждении. Трение бывает разным: трения покоя, качения, скольжения. И часто люди думают, что шина катится за счет трения качения. Не буду углубляться в эти вопросы, скажу кратко. Шина катится за счет трения покоя. То есть во время качения пятно контакта шины с дорогой покоится относительно дороги.
Удивлены? А вы обратите внимание на ноги, обувь идущего человека. Как только человек делает шаг, его ступня останавливается, и он перемещает вес с нее на вторую ногу и делает еще один шаг. Выходит, верхняя часть тела человека движется в то время как одна нога покоится. Аналогично ведет себя шина, только она делает много-много маленьких шажочков, перекатываясь с одного элемента шины на другой, и каждый из них в момент переката покоится относительно дороги. Соответственно, во время качения между шиной и дорогой действует сила трения покоя. Где это важно я объясню Если же пятно контакта начинает двигаться относительно дороги, то это означает скольжение шины, и здесь трение покоя переходит в трение скольжения.( опыт с динамометром и предметом, который тянут)
А трение качения — совершенно иной вид трения, возникающий из-за деформации шины и направленный всегда в сторону против направления качения. Чем больше деформация шины, тем выше трение качения. Поскольку спущенная шина деформируется больше накачанной, то напрашивается простой вывод: следите за давлением в шинах и поддерживайте его, согласно указаниям в руководстве пользователя автомобиля. То есть трение качения — паразитный вид трения, от которого, кстати, зависит расход топлива. Если силу трения покоя шины с дорогой конструкторы пытаются увеличить, то силу трения качения всегда пытаются уменьшить.
Выходит, сцепление шины с дорогой — сила трения покоя, и она не зависит от ширины шины и площади пятна контакта.
7 В чем практический смысл? Спросите вы
А применить в жизни написанное выше очень просто. Сцепление шины с дорогой — основа безопасного вождения, чем оно выше, тем безопаснее вы можете вести машину. Это ни для кого не секрет. Некоторые водители прохладно относятся к тому, какие шины стоят на их машинах, и думают, что это неважно. Важно! Чуть ли не самое важное, что есть в машине. Но среди тех водителей, которые ценят безопасность, сцепление с дорогой и шины, встречаются те, которые думают, что они улучшат сцепление, если поставят на свой авто более широкие шины. Или еще часто думают, что можно повысить сцепление, установив шины с более "навороченным" рисунком протектора. Как вы уже поняли, это вещи не связанные.
Итак, чтобы улучшить сцепление шин с дорогой, нужно установить шины, сделанные из резины более высокого качества.
А пока промежуточный вывод: сцепление шины с дорогой не зависит от ширины шины, площади пятна контакта, дизайна протектора, а зависит от состава резиновой смеси протектора.
Итак, шины в порядке, вы едете по зимней дороге и вдруг впереди препятствие
8 Как тормозить и что происходит при торможении автомобиля?
С начала посмотрим, что говорит физика по этому поводу.
Любое материальное тело находящееся в движении обладает кинетической энергией, которая рассчитывается по формуле Q= mv2/ 2 Т. е если, например скорость авто увеличить всего с 40 км/ ч до 50 км/ ч, а масса легкового авто ну к примеру 1000 кг, то давайте посчитаем, как изменится его энергия при этом. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ.
Вернемся к торможению. Мыслю так - машина представляет собой балку, при торможении к разным ее концам прикладываются разные тормозные усилия. При заносе менее приторможенный (и сохранивший больше кинетической энергии) зад начинает крутиться вокруг более схваченного переда. Нарисовать схему на доске.
Я рассматриваю ситуацию, когда правые и левые борта исправны и тормозят одинаково. Тогда (?1) почему перед должен тормозить сильнее? Физика процесса совершенно не ясна. Почему бы не превратить задние колеса в "якорь", который будет тянуть машину назад? При этом вроде как устраняется возможность вращения.
И еще не понятно, (?2) почему торможение юзом на сухом асфальте менее эффективно, чем обычное? Зимой или в дождь понятно - в шины набивается снег/вода, далее водяной клин и вопрос закрыт.
попробую объяснить...
1) действительно на передние колеса при торможении идет большая нагрузка чем на задние!2) Если перегрузить больше задние чем передние колеса, то машина просто пойдет юзом, а на скользкой дороге это приведет к тому, что она превратится в неуправляемые сани, вращающиеся по дороге, как балерина в балете.
Инженеры для такого случая придумали регулятор давления задних тормозов - « колдун» прообраз будущего АБS. Они то и дают специально меньшее усилия на заднюю ось, что бы колеса не шли на юз, так как траектория при юзе становится неуправляемой... а если колеса катятся, то зад четко следует за передом!!! Для гарантии безопасности необходимо запомнить еще одно правило Зимой езда при выключенной передаче (нейтралке) категорически запрещена. Рассмотрим - почему? Автомобиль не может тормозить двигателем, поскольку тормозной момент у повышенных передач крайне низок, особенно при спуске. Осознав, что скорость растет слишком быстро и тормозить двигателем неэффективно, водитель предпринимает попытку снизить скорость рабочей тормозной системой. До какого-то момента это помогает, но затем тормоза перегреваются и не удерживают машину. Дальнейшее развитие событий предугадать несложно...А зимой это моментально приведет к юзу из - за низкого коэффициента сцепления.
ИТОГ
Что эти знания дадут для пешеходов? Зимой увидев приближающееся авто, даже за 100 метров от пешеходного перехода даже зная что у вас есть приоритет, лучше пропустите его. Вы не знаете какие у него шины, какой навык вождения, а рисковать из - за нескольких секунд право не стоит. И еще, при движении вдоль дороги идите против движения транспорта и подальше, подальше от края обочины.
