Демонстрация тормозного пути автомобиля на уроках физики

Гримм Р.Д.

От студентов высшей школы и выпускников колледжей по­ступает, в основном, однотипная жалоба на то, что материал курса физики не находит применения в жизни. Сознавая эту проблему, мы должны выделить те явления, которые одновре­менно являются и важными для студентов и объяснимыми с точки зрения физических понятий. Один пример приходит на ум почти сразу – это движение автомобилей. Учащиеся стар­ших классов средней школы особенно интересуются автомоби­лями, ибо в этом возрасте они начинают водить машину. Вот задача об автомобилях, которая позволяет несколько углубить знания по физике. Рассмотрим два автомобиля – экономичную модель весом в 700 кг и «пожиратель бензина» весом в 1200 кг – движущиеся с одинаковыми скоростями. Какой автомобиль остановится раньше, если оба водителя затормозят одновре­менно?

После того как студенты выскажут свои предположения, от­кройте «Руководство по вождению автомобиля» на странице, где указаны различные тормозные пути в зависимости от на­чальной скорости автомобиля. Данные в этой таблице приве­дены для равномерного торможения, когда колеса не заклине­ны и нет проскальзывания. Заметьте, что эти данные не зави­сят от типа автомобиля. Эта независимость от массы действи­тельна и в случае заклиненных колес.

Если на одинаковых поверхностях коэффициент трения для обоих автомобилей один и тот же (а это приблизительно так), то сила трения будет равна mmg, а ускорение, направлен­ное против скорости, равно mg, т.е. не зависит от массы. Два автомобиля с разными массами остановятся на одинаковом расстоянии. Этот факт не всегда очевиден для учащихся, а в практике преподавания не уделялось достаточного внимания его демонстрации.

Один из простых опытов, демонстрирующих это явление, схематически показан на рис. 1. Указанные два ската могут быть сделаны из дерева или других доступных материалов.

В первом опыте на поверхность тележки гладкой строкой вниз помещается кафельная плитка. Затем нагруженную те­лежку отпускают, и она катится вниз до тех пор, пока не уда­рится о край более короткого ската. В этот момент плитка со­скользнет с тележки и заскользит вниз, пока не остановится, подобно маленькому «экономичному» автомобилю в нашем примере из реальной жизни. Если скаты построены так, что имеют одинаковый угол наклона, а высота меньшего ската d равна высоте тележки, то плитка соскользнет на вторую пло­скость почти без помех.

Второй опыт производится теперь с двумя плитками. По­местите плитки на тележку шершавыми поверхностями друг к другу таким образом, чтобы они действовали как единое физи­ческое тело. Они будут представлять тяжелый автомобиль в нашем примере. Если эксперимент проведен правильно, то бу­дет видно, что оба автомобиля остановятся на одинаковом рас­стоянии.

Чтобы место остановки в обоих опытах было лучше видно, следует отметить одним флажком середину плитки, а дру­гим – место остановки на нижней плоскости.

Для того чтобы скорость автомобиля в обоих опытах была одинаковой, кинетическая энергия вращения колес должна быть пренебрежимо малой по сравнению со всей кинетической энергией тележки. Поэтому лучше всего подойдет массивная тележка с легкими колесами. Такие тележки имеются в фон­дах многих учебных коллекторов.

 

Примеры реферата

На русском языке

Демонстрация тормозного пути автомобиля на уроках фи­зики. Grimm R.D. A classroom demonstration of automobile stopping distances. "The Physics Teacher", N.Y., 1978, No. 11, ил. (англ.).

Материал курса физики должен отвечать практическим ин­тересам обучаемых. Например, учащимся в том возрасте, когда они начинают водить машину, можно предложить задачу: «Два автомобиля весом в 700 кг и 1200 кг движутся с одинако­вой скоростью. Какой автомобиль остановится раньше, если оба водителя затормозят одновременно?». Предлагается ознако­миться с руководством по вождению автомобиля и с данными о длине тормозного пути в зависимости от начальной скоро­сти. Указывается, что, поскольку при одинаковом коэффициен­те трения сила трения равна mmg, а ускорение, направленное против скорости, равно mg, оба автомобиля остановятся одновременно. Для наглядности проводится следующий опыт: с помощью устройства из двух скатов с одинаковым углом на­клона и спускаемой тележкой, на которую в первом опыте кладется одна, а во втором – две кафельные плитки, имитиру­ются легкий и тяжелый автомобили (см. рис. 1). При ударе о край короткого ската плитки соскользнут с тележки и будут скользить вниз, пока не остановятся. Из опыта видно, что оба автомобиля пройдут одинаковый тормозной путь.

 

На английском языке

Grimm R.D. A classroom demonstration of automobile stopping distances. "The Physics Teacher", N.Y., 1978, No. 11.

Recognizing that physics course material is often irrelevant, 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 mmg and the deceleration is mg, 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.

 

Примеры аннотации

На русском языке

Демонстрация тормозного пути автомобиля на уроках фи­зики. Grimm R.D. A classroom demonstration of automobile stopping distances. "The Physics Teacher", N.Y., 1978, No. 11, ил. (англ.).

Рассматривается проблема отбора учебного материала, адек­ватного практическим интересам учащихся старших классов средней школы при изучении физики. Описывается простой опыт, демонстрирующий независимость тормозного пути тел от их массы при условии одинаковой начальной скорости движения на одинаковой поверхности при одном и том же коэф­фициенте трения.

 

На английском языке

Grimm R.D. A classroom demonstration of automobile stopping distances. "The Physics Teacher", N.Y., 1978, No. 11.

The choice of facts that can teach some physics and are at the same time important to high school students is discussed. A simple classroom demonstration showing the lack of dependence of stopping distances on mass provided the initial velocity and the coefficients on friction are the same for bodies in motion on the same surface is made.

 

 

Список использованной литературы

 

1) Англо-русский словарь математических терминов. /Под ред. П.С. Александрова. – Изд. третье, стереотип. – М.: Мир, 2001. – 416 с.

2) Аннотирование и реферирование. Пособие по английскому языку / Г.И.Славина, З.С.Харьковский, Е.А.Антонова, М.А.Рыбакина. – М.: Высш. шк., 1991. – 156с.: ил.

3) Гузеева К.А., Трошко Т.Г. Английский язык: Справ. материалы: Кн. для учащихся. – М.: Просвещение, 1992. – 288 с.

4) Дубровин М.И. Русско-английский словарь: А-Я: более 8000 слов и выражений: Пособие для учащихся. – М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2003. – 447, [1] с.: ил.

5) Мальчевская Т.Н. Книга для чтения. Образцы научных публикаций на английском языке. Биология. – Л., «Наука», 1980. – 244 с.

6) Настольная книга преподавателя иностранного языка: Справочное пособие/ Е.А. Маслыко, П.К. Бабинская, А.Ф. Будько и др. – Мн.: Выш. шк., 1996. – 522 с.

7) Новый англо-русский словарь/В.К. Мюллер, В.Л. Дашевская, В.А. Каплан и др. – 5-е изд., стереотип. – М.: Рус. яз., 1998. – 880 с.

8) Салькова И.М. Лексический минимум по английскому языку для студентов-физиков: Учеб. пособие. – Мн.: Выш. шк., 1988. – 167 с.

9) Шаншиева С.А. Английский язык для математиков (интенсивный курс для начинающих): Учебник. – 4-е изд., перераб. – М.: ГИС, 2006. – 424 с.

10) Eringen A. C. Mechanics of Continua. – Robert E. Krieger Publishing Company, Huntington, New York, 1980. – 2^nd edition. – 596 p.

11) Marsden J. E., Ratiu T.S. Introduction to Mechanics and Symmetry. – 1998. – 549 p.

 

 

Contents

I. Text 1. Lagrangian and Hamiltonian Formalisms……………………………3

Text 2. Nonlinear Stability……………………………………………………..18

Text 3. Dynamics and Stability………………………………………………...27

Text 4. Linearized and Spectral Stability………………………………………37

Text 5. Lagrange—Dirichlet Criterion................................................................43

Text 6. Outline of the Energy—Momentum Method…………………………..48

Text 7. The Idea of the Energy-Momentum Method…………………………..54

Text 8. Hamiltonian Bifurcations………………………………………………61

 

II. Text 1. The Poincaré-Melnikov Method…………………………………….66

Text 2. Geometric Phases and Locomotion…………………………………….67

Text 3. External and Internal Loads……………………………………………68

Text 4. Objective Tensors………………………………………………………70

Text 5. History of the Rigid-Body Phase Formula……………………………..71

Text 6. Some History of Poisson Structures……………………………………72

Text 7. Some History of the Momentum Map…………………………………73

Text 8. Routh Reduction………………………………………………………..74

 

Приложение 1. Чтение математических выражений……………………….75

Приложение 2. Греческий алфавит…………………………………………..78

Приложение 3. Приставки СИ для образования десятичных кратных и дольных единиц……………………………………………………………….78

Приложение 4. Тематический словарь по механике………………………..79

Приложение 5. Как писать аннотации и рефераты…………………………89

 

Список использованной литературы………………………………………...97

[1] См.: Шаншиева С.А. Английский язык для математиков. – М.: ГИС, 2006. – С. 421.

 

[2] Шаншиева С.А. Английский язык для математиков: Учебник. – М.: ГИС, 2006. – С. 377.