Демонстрація гальмового шляху автомобіля на заняттях з фізики

Роберт Грімм

Від студентів вищої школи та випускників коледжів були отримані в основному однотипні скарги на те, що матеріали курсу з фізики не знаходять застосування в житті. Усвідомлюючи цю проблему, ми повинні були виділити ті явища, які одночасно являються і важливими для студентів і зрозумілими з точки зору фізичних понять. Один приклад згадується зразу ж – це рух автомобілів. Учні старших класів середньої школи особливо цікавляться автомобілями, оскільки в цьому віці вони починають водити машину. Ось завдання про автомобілі, яке дозволить трохи поглибити знання з фізики. Розглянемо два автомобілі - економну модель вагою в 700 кг та «пожирач бензину» вагою в 1200 кг – що рухаються з однаковими швидкостями. Який автомобіль зупиниться раніше, якщо обидва водії почнуть гальмувати одночасно?

Після того як студенти вискажуть свої думки, відкрийте «Керівництво з керування автомобілем» на сторінці, де вказані різні гальмові шляхи в залежності від початкової швидкості автомобіля. Данні в цій таблиці наведені для рівномірного гальмування, коли колеса не заклинюють­ і дають ковзання. Зверніть увагу, що ці дані не залежать від типу автомобілю. Така незалежність від маси діє у випадку, якщо колеса заклинені.

Якщо на однакових поверхнях коефіцієнт тертя для обох автомобілів один і той же (а це приблизно так), то сила тертя буде рівна µmg, а прискорення, направлене проти швидкості, рівно µg, тобто воно не залежить від маси. Два автомобіля з різними масами зупиняться на однаковій відстані. Цей факт не завжди очевидний, для учнів, а в практиці викладання не приділялося достатньої уваги його демонстрації.

Один з простих експериментів, що демонструє дане явище, схематично показано на малюнку 1. Два вказані скати можуть бути зроблені з дерева або з інших доступних матеріалів.

Під час першого експерименту на поверхню теліжки гладкою стороною вниз розміщується кахельна плитка. Потім навантажену те­ліжку відпускають, і вона котиться вниз до тих пір, поки не вдариться об край більш короткого скату. В цей момент плитка зслизне з теліжки и заковзає вниз, поки не зупиниться, подібно маленькому «економічному» автомобілю в нашому приклади із реального життя. Якщо скати побудовані так, що мають однаковий кут нахилу, а висота меншого скату d рівна висоті теліжки, то плитка зслизне на другу площину майже без перешкод.

Другий експеримент тепер виконується з двома плитками. Розташуйте плитки на теліжці шершавими поверхнями один до одного таким чином, щоб вони діяли як єдине фізи­чне тіло. Вони будуть представляти важкий автомобіль в нашому прикладі. Якщо експеримент проведено правильно, то бу­де видно, що обидва автомобіля зупиняться на однаковій відстані.

Щоб місце зупинки в обох екпсеримен6тах було краще видно, слід відмітити одним прапорцем середину плитки, а іншим - місце зупинки на нижній площині.

Для того щоб швидкість автомобілю в обох експериментах була однаковою, кінетична енергія обертання коліс повинна бути зневажливо малою у порівнянні із всією кінетичною енергією теліжки. Тому краще за все підійде масивна теліжка з легкими колесами. Такі теліжки є в фон­дах багатьох навчальних колекторів.

Third stage IF IT IS YOUR FIRST ANNOTATION THEN YOU BETTER WRITE IT IN YOUR NATIVE LANGUAGE FIRST

Демонстрація гальмового шляху автомобіля на заняттях з фізики

Стаття присвячена проблемі пов’язаній з питанням матеріалів курсу фізики, які викладаються в вищій середній школі. Вона була взята з книги „Вчитель фізики”, яка складається з семи частин.

Автор визнає, що матеріал курсу фізики повинен відповідати практичним інтересам учнів. Наприклад, учням в тому віці, коли вони починають водити машину, можна запропонувати завдання: «Два автомобіля вагою в 700 кг та 1200 кг рухаються з однаковою швидкістю. Який автомобіль зупиниться раніше, якщо обидва водія загальмують одночасно?». Запропоновано ознайо­митися з керівництвом по водінню автомобілем і з даними про довжину гальмівного шляху в залежності від початкової швидкості. Вказується, що, оскільки при однаковому коефіцієн­ті тертя сила тертя рівна µmg, а прискорення, направлене проти швидкості, рівно µg, то обидва автомобілі зупиняться одночасно.

Для наочності проводиться наступний експеримент, за допомогою пристрою із двох скатів з однаковим кутом нахилу та теліжкою, що спускається, на яку в першому експерименті кладеться одна, а в другому – дві кахельні плитки, імітується легкий та тяжкий автомобілі (див. малюнок 1). При ударі об край короткого схилу плитки зсковзнуть з теліжки та будуть сковзати вниз, поки не зупиняться. Із експерименту видно, що обидва автомобілі пройдуть однаковий гальмовий шлях.

Fourth Stage NOW WRITE ANNOTATION IN ENGLISH USING TIPS FROM PREVIOUS PARAGRAPHS

Grimm R.D. A classroom demonstration of automobile stopping distances.

The article is devoted to the problem connected with physics course materials that are lectured in secondary school. It was taken from the book “The Physics Teacher” that consists from the seven chapters.

The author recognizes that physics course material is often irrelevant, and 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 co­efficient of friction is the same for the two cars on the same sur­face, then the friction force is µmg and the deceleration is µg, 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 bathroom 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.