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物理启蒙

摩擦与制动:怎样让小车停下来

10 分钟

小车离开坡道后不会永远前进。车轮轴承、地面和空气都产生阻碍,运动能逐渐转为内能和声音。我们可以利用摩擦设计制动区,但要避免把“粗糙一定更安全”说成没有边界的结论。

比较不同表面

让同一小车从同一坡度释放,分别经过光滑塑料、纸板、布和砂纸,测从制动区入口到停止位置的距离。表面材料是自变量,停止距离是因变量;每种材料多测几次。

摩擦有两面

摩擦太小,小车难停;摩擦太大,车轮可能突然卡住并翻车。人的鞋底需要摩擦防滑,机器轴承又希望减少摩擦降低磨损。不能简单把摩擦分成“坏”或“好”,要看任务。

质量会怎样影响

给小车增加砝码后,重力和接触作用都改变,停止距离不一定凭直觉就能确定。保持其他条件相同再测;不要把未经实验的猜测写成事实。预测、实验和解释应分开记录。

制动距离要留余量

若九次测试最长停止距离为 32 厘米,护栏不能正好放在32厘米处。表面老化、灰尘和小车差异会带来变化,应加入安全余量,并说明依据。

碰撞不是理想刹车

靠硬墙突然停下,会在很短时间内改变速度,产生较大作用。先用长制动区逐渐减速,再用软护栏作为最后保护,更符合分层安全设计。

实验:选择两种材料组合出制动区,记录最短、平均和最长距离,并据此确定护栏位置。

小纸条

为什么护栏不能刚好放在一次测得的停止位置?