物理与交通1.doc

车轮和动力
汽车前进主要依靠发动机产生的动力，使车轮转动，利用车轮与地面间的摩擦力，推动车子前进，通常产生驱动力的轮子只有两个，或前轮驱动，或后轮驱动，其余两个轮子被拉着或推着前进。汽车匀速前进时，牵引力（即驱动力）等于阻力，加速起步时，根据牛顿第二定律应有F－f =ma，即F＝ma+f，由于要产生加速度，这时牵引力将大于阻力。

思考与讨论：
汽车前进时，车轮的轮边缘相对于车轮作圆周运动，当车速是22.2m/s时，轮边缘的线速度也是22.2m/s，已知上图中车的高度是1.8m，问能否用一把刻度尺估算出车轮的角速度？
安全带和头枕
汽车中安全措施之一是座位上设置有安全带和头枕。安全带（如右图）是一种斜系在乘员身上的带子，它在缓慢拉动时很松动，在迅猛抽动时则被卡住，不能拉伸；头枕（如左图上部）处在座椅上方乘员的头部位置，是一个固定且表面松软的枕头。

思考与讨论
当突然发生撞车事故时，乘员会发生什么情况？为什么？安全带和头枕分别在什么情况下起作用？试讨论一下；

制动
1.保持车距：
车辆在快速行驶时要与前面的车辆保持一定的距离，叫车距。
某国产新型桥车，在车速为30km/h时，制动后滑行的距离为7.0m。在行驶时保持车距应等于7.0m还是大于7.0m？为什么？若车速变为60km/h时，制动后滑行距离为多大？若制动后车轮停止转动而在地面滑动，则动摩擦因数u为多大？

2.反应时间：
战士、司机、飞行员、运动员都需要反应灵敏，当发现某种情况时，能及时采取相应行动，战胜对手，或避免危险。人从发现情况到采取相应行动经过的时间叫反应时间。
3.防抱死及其检测：
现代汽车中有一种先进的制动机构，可保证车轮在制动时不是完全刹死滑行，而是让车轮仍有一定的滚动。经研究这种方法可以更有效地制动。
思考与讨论：
防抱死系统有一个自动检测车速的装置，用来控制车轮的转动，其原理如图，铁质齿轮P与车轮同步转动，右端有一个绕有线圈的磁体，G是一个电流检测器。当车轮带动齿轮转动时，线圈中会有电流，这是由于齿靠近线圈时被磁化，使磁通量增强,齿离开线圈时磁通量减弱，磁通变化使线圈中产生了感应电流。将这个电流经放大后去控制制动机构，可有效地防止车轮被制动抱死。如图所示，当齿a转到虚线位置过程中，G内有什么方向的感应电流？

安全气囊
安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。安装了安全气囊装置的轿车方向盘，平时与普通方向盘没有什么区别。但一旦车前端发生了强烈的碰撞，安全气囊就会在瞬间从方向盘内“蹦“出来，垫在方向盘与驾驶之间，防止驾驶者的头部和胸部撞击到方向盘或仪表板等硬物上。这种奇妙的装置自从面世以来，已经挽救了许多人的生命。美国一研究所分析了1985年至1993年美国7000多起汽车交通事故，发现有气囊装置的轿车前部撞车，驾驶者的死亡率，大轿车降低了30％，中型轿车降低了11％，小型轿车降低了14％。

安全气囊的英文缩写字母是SRS，可以在轿车的方向盘上看到。其实，安全气囊的正式名称叫“辅助约束系统“（supplemental Restraint System）。顾名思义，它在约束系统中只是充当配角，是配合主角安全带的。它使用的基本前提是佩带安全带，两者相互配合，可大大降低车祸伤亡率。安全气囊系统在检测出汽车发生碰撞后，充气装置的点火剂燃烧，迅速产生气体使气囊膨胀，气囊像气垫一样阻隔在人与方向盘，仪表板和前窗之间。前座乘客在撞上气囊时，气囊边泄气边吸收冲击的能量。如果气囊不泄气，乘员反弹回来又会造成二次伤害。因此，气囊从充气到瘪气的工作过程只是弹指间，十分麻利。
思考与讨论：
用物理学原理说明，使用气囊与不使用气囊相比较，为什么前者比较安全？

汽车的安全性一直都是消费者关注的，ABS、气囊、安全舱结构等装置成为人们津津乐道的时髦名词，似乎只有配上这些装置的汽车才上档次。其实在发生交通事故时，对人们安全起最主要保障作用的却是我们最常见的安全装置——安全带。
　  最初的汽车安全带是瑞典人发明的，自本世纪40年代别克轿车将安全带作为标准配置后，美国将安装和使用安全带确定为强制性的联邦法规，由此开始了安全带的大规模普及。当时的安全带仅仅是简单的两点式腰部约束，其约束的松紧程度完全由驾驶者自己调节。
　  经过40多年的发展，安全带逐渐走向成熟，现在的安全带均由强度极大的合成纤维制成，带有自锁功能的卷收器，采用对驾、乘人员的肩部和腰部同时实现约束的三点式设计。系上安全带后，卷收器自动将其拉紧，当车辆万一出现紧急制动、正面碰撞或发生翻滚时，乘员会使安全带受到快速而猛烈的拉伸，此刻卷收器的自锁功能可在瞬间卡住安全带，使乘员紧贴座椅，避免摔出车外或碰撞受伤。
　  随着科技的进步，人们又研制出安全带的辅助设施——安全气囊。其工作的原理是当车辆发生碰撞时，控制模块快速对信号做出处理，确认发生碰撞的严重程度已超出安全带的保护能力，便迅速释放气囊，使乘员的头、胸部直接与较为柔软有弹性的气囊接触，从而通过气囊的缓冲作用减轻乘员的伤害。后来，沃而沃汽车公司又研制出防侧撞气囊，使气囊的种类逐渐完善。不过这里要着重提醒大家的是，在不系安全带的状况下，安全气囊不但不能对乘员起到防护作用，还会对乘员有严重的杀伤力。安全气囊的爆发力是惊人的，足以击断驾驶者的颈椎！
　  根据有关机构统计，在所有可能致命的车祸中，如果正确使用安全带，可以挽救约45%的生命；如果同时使用安全气囊，这一比例将上升到60%。
　  所以当您驾车时一定别忘了系上安全带。

磁悬浮列车
2002年的最后一天，中国国务院总理朱镕基和德国总理施罗德专程前往上海，出席上海磁浮示范运营线通车典礼，两国总理还作为首批客人，从龙阳路站同乘列车前往终点站——上海浦东国际机场，标志着世界上第一条采用德国技术建造的商业化运营高速磁浮交通线终于在上海“奔驰”起来。而此时此刻，只与朱镕基总理在德国拉滕试坐磁浮列车试验段相隔约两年半时间，上海在如此短的时期内建成了德国人争论达数年之久的磁浮列车商业运行线，着实让德国人见识了“真正的中国速度”。
磁浮列车采用的电磁原理是1922年由德国工程师肯佩尔提出，并于1934年获得专利。但此后该技术一直处于“纸上谈兵”状态。从1969年德国开始正式研制起，德国磁浮列车技术至今已经历了8代，设计时速高达500公里，实际运行时速为400多公里。

磁悬浮列车根据采用电磁铁的类别可以分为常导吸引型及超导排斥型两大类。常导吸引型磁悬浮列车，是以常导磁铁，导轨为导磁体，通过异名磁极间相互吸引使车身离开导轨，用气隙传感器调节悬浮间隙（悬浮高度10mm），适用于城市及近郊中低速的交通运输，成本较低。日本的HSST型及德国的TR快速列车均属常导吸引型磁悬浮列车。超导排斥型磁悬浮列车，它是靠超导磁铁和低温技术来实现悬浮运行，悬浮高度为100mm，由浸入低温（－268.8oC）槽内的超导材料制成电磁线圈，装在车上，这种线圈电阻为零，由它产生强大的磁场，与埋设在轨道上的闭合铝环线圈的感应磁场相互作用，互相排斥而浮起，此种类型磁悬浮列车可超高速运行（理论上可达1000km/h）。左图为正在进行运行调试的上海磁浮列车。上海浦东高速磁浮铁路正线全长30公里，将上海市区与东海之滨的浦东国际机场连接起来，单向运行时间约8分钟，平均运行速度达到每秒60－70米。运行时，磁浮列车与轨道间约有10毫米的间隙，这就是浮起的高度。除启动加速和减速停车两个阶段外，列车大部分时间时速为300多公里，达到最高设计时速430公里的时间有20多秒。
思考与讨论：
（1）磁悬浮利用的是什么原理？
（2）为什么悬浮能提高运行速度？
（3）采用超导材料有什么突出的优点？
（4）20t重的列车仅从轨道上浮升起100mm要消耗多少能量？
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