Исследовательский проект на тему: Безопасность в автомобиле и Первый закон Ньютона

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 1 г. Нязепетровска»

Исследовательский проект

на тему: Безопасность в автомобиле и

Первый закон Ньютона

Выполнил:

Хурматов Роман, ученик 7 в класса

Наставник:

Берсенёва Татьяна Владимировна

г. Нязепетровск, 2022

Содержание

Введение

1. Что такое пассивная безопасность автомобиля

2. Кто такой Исаак Ньютон

3. Смысл законов Ньютона

4. Применение Первого закона для безопасности в автомобиле

5. О пользе ремней безопасности

6. Практическая часть исследования. Опрос одноклассников

Заключение

Список литературы

Приложения

Приложение 1 – Памятка «7 причин, почему нужно пристегивать ремень безопасности»

Приложение 2 - Практические советы автомобилистам

Введение

Безопасность автомобиля — важнейшая из характеристик, определяемая эффективностью систем безопасного вождения.

Что случается с автомобилем и его пассажирами при лобовом ударе? Автомобиль мнётся и останавливается, а пассажиры по инерции продолжают «лететь» вперёд, навстречу рулю, торпеде и лобовому стеклу. Что же это значит по инерции?

Физика – это наука, изучающая все процессы в жизни человека. Механика – раздел физики изучающий механическое движение. Механическим движением называется изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

Законы механики являются определенными правилами, которым подчиняется движение тел. Законы механики были открыты великим английским ученым Исааком Ньютоном (1642–1727).

Исаак Ньютон, пожалуй, это одна из тех немногих фамилий в истории человечества, которые известны практически всем. Термины «три закона Ньютона», «закон всемирного тяготения» и еще несколько терминов и словосочетаний из школьной программы пусть ненадолго, но оккупируют мозг практически любого ученика.

Применение Законов Ньютона заинтересовали нас с того момента, как мы начали их изучать в школе.

Целью нашего проекта исследование безопасности в автомобили в защите жизни и здоровья участников движения при дорожно-транспортном происшествии, с точки зрения Первого закона Ньютона.

Эта цель включает в себя несколько задач:

1. Изучить понятие и способов пассивной безопасности автомобиля;

2. Познакомиться с биографией Исаака Ньютона,

3. Узнать смысл его законов;

4. Узнать больше о границах применения Первого закона Ньютона

5. Доказать своим одноклассникам информацию о пользе ремней безопасности в автомобиле.

Объект нашего изучения: Безопасность в автомобиле

Предмет изучения: Безопасность в автомобиле с точки зрения Первого закона Ньютона.

Теоретическая значимость проведенной работы состоит в том, данное исследование позволило раскрыть секреты ремня безопасности и обратить внимание моих одноклассников и их родителей, на то, что пристегивание – один из самых эффективных способов защиты во время движения, пренебрежение им может стоить жизни как водителю, так и пассажирам.

Практическая значимость моей исследовательской работы заключается в том, что результаты исследования могут быть использованы для проведения профилактических мероприятий по правилам дорожного движения, а также на уроках ПДД в учебных заведениях города с целью улучшения ситуации на дорогах.

1. Что такое пассивная безопасность автомобиля

Безопасность автомобиля — важнейшая из характеристик, определяемая эффективностью систем безопасного вождения.

Что случается с автомобилем и его пассажирами при лобовом ударе? Автомобиль мнётся и останавливается, а пассажиры по инерции продолжают «лететь» вперёд, навстречу рулю, торпеде и лобовому стеклу. Казалось бы, места в салоне машины немного, сильно разогнаться (и, значит, стукнуться) не получится. Если бы. Ведь ускорение достигает десятков g, и такой удар может быть равносилен прыжку с многоэтажки.

Чтобы живые остались в живых и не покалечились во время серьёзной аварии, их скорость при столкновении нужно погасить как можно плавнее. Причём скорость гасить нужно так, чтобы внутри автомобиля оставалось достаточно жизненного пространства. А вот это уже задача, которая предъявляет к силовой структуре автомобиля взаимоисключающие требования.

Автомобильная безопасность условно делится на два вида — активную и пассивную. Активная безопасность — это системы и устройства машины, которые позволяют ей избежать столкновения. А пассивная — это возможности автомобиля сохранить жизнь и здоровье пассажиров, если нештатная ситуация всё-таки произошла. В арсенале любого современного авто есть целый ряд средств для смягчения последствий аварии: ремни, подушки, деформируемые зоны.

Средства пассивной безопасности помогают водителю и пассажирам выжить в аварии и остаться без серьезных травм. Размер автомобиля – это тоже средство пассивной безопасности: больше = безопаснее. Но есть и другие важные моменты.

Ремни безопасности стали лучшим из когда-либо придуманных устройств защиты водителя и пассажиров. Здравая идея привязать человека к сиденью, чтобы спасти ему жизнь при аварии, появилась еще в 1907 году. Тогда водителя и пассажиров пристегивали только на уровне талии. На серийных автомобилях первой ремни поставила шведская компания Volvo в 1959 году. Ремни в большинстве машин трехточечные, инерционные, в некоторых спортивных автомобилях используются и четырехточечные и даже пятиточечные, чтобы лучше удержать водителя в седле. Ясно одно: чем плотнее тебя прижимает к креслу, тем безопаснее. Современные системы ремней безопасности имеют автоматические преднатяжители, которые при аварии выбирают провисания ремней, повышая защиту человека, и сохраняют место для раскрытия подушек безопасности. Важно знать, что хотя подушки безопасности и защищают от серьезных травм, ремни безопасности абсолютно необходимы для обеспечения полной безопасности водителя и пассажиров. Американская организация безопасности движения NHTSA на основании своих исследований сообщает, что использование ремней безопасности снижает риск смертельного исхода на 45-60% в зависимости от типа автомобиля.

Без подушек безопасности в машине никак нельзя, этого теперь не знает только ленивый. Они нас и от удара спасут, и от разбитого стекла. 

Подголовники призваны предотвращать травмы от внезапного резкого движения головы и шеи при столкновении задней частью автомобиля. В действительности часто подголовники практически не защищают от травм. Эффективная защита при использовании подголовника может быть достигнута, если он находится точно на линии центра головы на уровне ее центра тяжести и не далее 7 см от задней ее части. Помните, что некоторые опции сидений изменяют размер и положение подголовника. Значительно повышают безопасность активные подголовники. Принцип их работы основан на простых физических законах, в соответствии с которыми голова откидывается назад несколько позднее корпуса. 

Структурная целостность (целостность каркаса автомобиля) это ещё один важный компонент пассивной безопасности автомобиля. Для каждого автомобиля он тестируется, перед тем как пойти в производство. Детали каркаса не должны изменять свою форму при столкновении, в то время как другие детали должны поглощать энергию удара.

К средствам активной безопасности относятся, например, Антиблокировочная система тормозов (ABS), Traction Control (TCS), Круиз-контроль и т.п.

1. Кто такой Исаак Ньютон?

Ньютон первым обратил внимание на силу, как причину, по которой тела приходят в движение и меняют свою скорость.

Раздел механики, изучающий силы, называется динамикой. По-гречески «динамис», значит «сила».

Тела действуют друг на друга с помощью сил.

Сила – это мера взаимодействия тел. Измеряя силу, мы измеряем величину взаимного действия тел. В обыденной жизни мы говорим: «как сильно» одно тело действует на другое тело.

Исаак Ньютон (1642–1727 гг.) – выдающийся английский ученый, один из создателей классической физики. Биография Ньютона богата во всех смыслах этого слова. Он сделал немало открытий в области физики, астрономии, механики и математики, в том числе открыл закон всемирного тяготения.

Изучая краткую биографию Исаака Ньютона, следует знать, что именно ему принадлежит изложение закона всемирного тяготения. Еще одним важнейшим открытием ученого является теория движения небесных тел. Открытые Ньютоном 3 закона механики легли в основу классической механики.

Ньютон сделал немало открытий в области оптики и теории цвета. Им были разработаны многие физические и математические теории. Научные труды выдающегося ученого во многом определяли время и часто были непонятны современникам.

1. Смысл законов Ньютона

Первый закон Ньютона:

«Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, в которых тела движутся равномерно и прямолинейно, если на них не действуют никакие силы или действие других сил скомпенсировано».

Проще говоря, суть первого закона Ньютона можно сформулировать так: если мы на абсолютно ровной дороге толкнем тележку и представим, что можно пренебречь силами трения колес и сопротивления воздуха, то она будет катиться с одинаковой скоростью бесконечно долго. Инерция – это способность тела сохранять скорость как по направлению, так и по величине, при отсутствии воздействий на тело. Первый закон Ньютона еще называют законом инерции.

Второй закон Ньютона:

«Ускорение тела (материальной точки) в инерциальной системе отсчета прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе».

Помните пример про тележку? В этот момент мы приложили к ней силу! Интуитивно понятно, что тележка покатится и вскоре остановится. Это значит, ее скорость изменится. В реальном мире скорость тела чаще всего изменяется, а не остается постоянной. Другими словами, тело движется с ускорением. Если скорость нарастает или убывает равномерно, то говорят, что движение равноускоренное. Если рояль падает с крыши дома вниз, то он движется равноускоренно под действием постоянного ускорения свободного падения g. Причем любой дугой предмет, выброшенный из окна на нашей планете, будет двигаться с тем же ускорением свободного падения. Второй закон Ньютона устанавливает связь между массой, ускорением и силой, действующей на тело.

Третий закон Ньютона:

«Два тела воздействуют друг на друга с силами, противоположными по направлению, но равными по модулю»

Этот закон описывает взаимодействие тел. 3 закон Ньютона говорит нам о том, что на любое действие найдется противодействие. Причем, в прямом смысле.

Другими словами, третий закон Ньютона - это закон действия и противодействия.

1. Применение Первого закона для безопасности в автомобиле

Первый закон движения Ньютона также известен как закон инерции. Объект, обладающий инерцией, как правило, находится в состоянии покоя и сопротивляется чистой силе, которая пытается вызвать его движение.

Объект будет оставаться в состоянии покоя или в равномерном движении по прямой линии, если на него не будет действовать внешняя сила”.

Когда автомобиль внезапно останавливается, как при столкновении, объекты внутри автомобиля будут продолжать двигаться вперед с той же скоростью, с которой двигался автомобиль. Для человека это означает, что вы будете продолжать двигаться вперед с той же скоростью. Вы остановитесь, когда: ваша грудь ударится о рулевое колесо; ваша голова ударится о приборную панель или ветровое стекло; ваше тело ударится о любую часть автомобиля, или если откроется дверь или выскочит ветровое стекло, вы ударитесь о пресловутый неподвижный объект.

Однако при использовании ремня безопасности к вам прилагается усилие ремня безопасности, чтобы вы ехали с одинаковой скоростью в автомобиле. Сила прикладывается на большой площади (умножьте ширину пояса на длину, которая проходит по вашему телу), и поэтому она намного меньше, чем ваш лоб. Это все еще может быть больно, но синяк предпочтительнее, чем постоянная травма или смерть.

Ремни безопасности останавливают вас от ударов по подушкам безопасности, которые взрываются на высокой скорости. Просто удар подушки безопасности приведет к травмам, но ремень безопасности и подушка безопасности вместе сводят к минимуму травмы.

Ремни безопасности, как правило, предотвращают травмы, которые приведут вас в бессознательное состояние. Таким образом, после столкновения вы можете предпринять действия, чтобы помочь себе или другим.

Как ремни безопасности применяют первый закон Ньютона?

В некотором смысле ремни безопасности препятствуют выполнению первого закона Ньютона. Это закон инерции, который гласит, что объект движется с одинаковой скоростью (скоростью и направлением), если на него не действует внешняя сила. При отсутствии ремня безопасности пассажир в транспортном средстве продолжает двигаться вперед, когда транспортное средство останавливается, и они останавливаются только тогда, когда они ударяются о приборную панель, ветровое стекло и т.д., Приложив к ним останавливающее усилие. Ремень безопасности, подсоединенный к транспортному средству, оказывает меньшее разрушительное воздействие на пассажира, удерживая его на сиденье при остановке транспортного средства. Это количественно определяется вторым законом Ньютона F =m*a, где a-ускорение, а m - масса пассажира.

1. Доказательство пользы ремней безопасности

По данным исследователей, 22% водителей и пассажиров, которые погибли в легковых автомобилях и микроавтобусах в 2019 году, не были пристегнуты ремнями безопасности. При этом все знают, что использование ремней безопасности является обязательным как на передних, так и на задних сиденьях, являясь одной из самых простых и эффективных систем для безопасного путешествия и снижая риск смерти в случае лобового столкновения до 90%.

Так уж устроен человек, что, понимая опасность, которая связана с процессом дорожного движения, и зная печальную статистику дорожных происшествий, он никак не может допустить мысли, что и с ним может случиться нечто подобное. Не потому ли и мы сами порой легкомысленно забываем пристегиваться ремнями, отправляясь в поездку на автомобиле?

Иногда, избегая наезда или столкновения, приходится неожиданно и резко тормозить. Пассажиры, не будучи подготовленными, силой инерции будут буквально брошены вперед и могут получить серьезные травмы, ударившись головой о стекло или переднюю стойку. Водитель в таких ситуациях находится в лучшем положении, поскольку упором для его рук является рулевое колесо. В случае же дорожного происшествия, особенно при опрокидывании автомобиля, отсутствие ремней, как правило, приводит к тяжелым последствиям.

Подсчитано, что легковой малолитражный автомобиль массой 1000 кг при скорости 50 км/ч обладает кинетической энергией около 10⁵ Дж^*. При столкновении с каким-либо препятствием эта энергия расходуется на деформацию передней части кузова. В зависимости от конструкции автомобиля деформация может достигать 30 - 50 см. При почти мгновенной остановке автомобиля водитель и пассажиры, если они не пристегнуты ремнями безопасности, могут получить опасные для жизни травмы.

1. 
   Рис. 1 Перемещение тела водителя в случае столкновения с препятствием: а - при отсутствии ремней (заштрихованные зоны - типичные места травм при наезде на препятствие); б - при их наличии

2. Практическая часть исследования

Мы провели опрос школьников, в рамках своего класса. Анализ результатов опроса, показал, что 100% моих одноклассников знают, зачем нужно пристегиваться ремнем безопасности, что говорит о высоком качестве знаний правил дорожного движения. Однако, несмотря на полученные знания, 5% из них не пользуются ремнями безопасности или детскими удерживающими устройствами, еще 20% расстегивают ремень во время движения.

По результатам опроса учеников моего класса я сделал вывод, что 10% родителей не пристегиваются, при этом 5% из них игнорируют просьбу детей пристегнуться.

Заключение

В ходе выполнения проекта мы изучили понятие безопасности в автомобиле, с точки зрения выполнения Первого закона Ньютона, и убедились в пользе ремней безопасности.

Задачи проекта выполнены. Цель достигнута.

Для одноклассников мы приготовили информационные листы, которые еще раз подтверждают, как ремни безопасности могут помочь сохранить здоровье и жизнь людей.

Список литературы

1. Афанасьев Л.Л., Дьяков А.Б., Иларионов В.А. Конструктивная безопасность автомобиля. - М.: Машиностроение, 2004 г. - 212 с.

2. Великанов Д.П. Автомобильные транспортные средства. - М.: Транспорт, 1998 г. - 323 с.

3. Коноплянко В.И. Организация и безопасность дорожного движения. - М.: Транспорт, 2002 г. - 182 с.

4. Иванов В.Н. Активная и пассивная безопасность автомобилей. - М,: Высшая школа, 1994 г. - 518 с.

5. Самойлов Д.С., Шестокас В.В. Конфликтные ситуации и безопасность движения в городах. - М.: Транспорт, 1997 г. - 205 с.

6. Хомяк Я.В. Организация дорожного движения. - Киев: Высшая школа, 1996 г. - 276 с.

7. Коршаков И.К. Пассивная безопасность автомобиля. - М.: МАДИ, 2006 г. - 87 с.

Приложение 1

Памятка

7 причин, почему нужно пристегивать ремень безопасности

1. Тем, для кого личная безопасность не имеет большого значения, можно начать с экономического аспекта: если вас поймают без ремня безопасности, то получите штраф в размере размер которого варьируется от страны пребывания.

2. Отсутствие ремня безопасности несет риск того, что страховая компания не будет возмещать ущерб в случае травмы

3. Ремень снижает риск смерти и серьезных травм головы на 90% в случае лобового столкновения. Но он также снижает на 75% риск ран, переломов и других травм.

4. Ремень безопасности предотвращает выбрасывание пассажиров из транспортного средства в случае столкновения.

5. Ремень не позволяет одному пассажиру ранить другого пассажира. Если на задних пассажирах не пристегнут ремень безопасности, риск смертельного исхода для переднего пассажира возрастает в восемь раз.

6. Одна из его функций ремня заключается в распределении ударных сил между грудной клеткой и тазом. Цель состоит в том, чтобы в случае внезапного торможения давление, которое поддерживает тело, и риск получения травмы были как можно ниже.

7. Ремень безопасности и подушка безопасности работают дополняющим образом. Если ремень не используется, воздействие пассажира на подушку безопасности может быть смертельным для него.

.

Приложение 2

Практические советы автомобилистам:

 Не превышайте сильно скорость. Шансы погибнуть после 120 км/ч растут ОЧЕНЬ быстро, хотя для тяжелых автомобилей безопасный верхний предел обычно несколько выше - увы, за счет безопасности окружающих.

Если превышаете - пристегивайтесь. Хотя для относительно небольших скоростей (0-100) без ремня достаточно много шансов выжить, в диапазоне скоростей 100-140 при аварии часто непристегнутые = трупы.

Современный тяжелый автомобиль почти всегда значительно безопаснее в авариях с более легкими автомобилями. К авариям с участием грузовиков или вылетом с трассы данное соображение не относится. Не забывайте только, что большая масса далеко не всегда компенсирует плохую пассивную безопасность - старье 20-летней давности настолько хуже современных 4-5-"звездочных" автомобилей, что его вообще мало что может спасти в аварии.

Удар о неподвижное тяжелое препятствие на обочине для тяжелой машины опаснее лобового столкновения. Для легкой машины - наоборот.

Удар о неподвижную машину и тем более - машину двигающуюся в попутном направлении всегда гораздо безопаснее удара о неподвижное тяжелое препятствие на обочине.

Если вы видите, что сейчас будет авария, а уворачиваться уже поздно - тормозите, как то и предписано ПДД. Пытаться вылететь на обочину, не сбрасывая скорости, обычно как минимум не менее опасно.

Исключением из пункта 6 является только тот случай, когда вам в лоб на большой скорости летит грузовик - тут лучше делать что угодно, но с его пути уходить.