Dvě vozidla jedou proti sobě: zrychlení, fyzika pohybu a rovnice dráhy zastavení

Dvě auta jedou přímo proti sobě.

První rychlostí o velikosti 20 m·s-1, druhé rychlostí o velikosti 30 m·s-1.

Obě auta jsou schopna zastavit z rychlosti o velikosti 25 m·s-1 za 5 s.

Jak daleko musí být od sebe auta, aby se nesrazila?

Jak daleko by auta musela být, kdybychom započetli reakční dobu řidičů, která je rovna asi 0,2 s?

Vzhledem k zadání je třeba spočítat zpomalení obou automobilů a jejich brzdné dráhy.

Do výpočtů zahrneme i reakční dobu řidičů a možnost rovnoměrného brzdění.

Ruční výpočet a grafický pohled na závislosti rychlostí a dráhy

Ze vztahu pro zrychlení a) a) a = Δv/Δt zjistíme zpomalení z rychlosti 25 m·s-1 na 0 během 5 s.

Oba vozy tedy zpomalují o 5 m·s-2.

Rychlosti obou aut během brzdění klesají rovnoměrně; zpočátku mají rychlosti 20 m·s-1 a 30 m·s-1.

Brzdné dráhy se spočítají jako s = v0·t + 0,5·a·t^2.

Pro první auto s1 = 20·5 + 0,5·(-5)·5^2 = 100 - 62,5 = 37,5 m.

Pro druhé auto s2 = 30·5 + 0,5·(-5)·5^2 = 150 - 62,5 = 87,5 m.

Celková brzdná dráha obou vozidel je tedy 125 m.

Při započtení reakční doby 0,2 s se dráha zvětší o vzdálenost reakcí: 0,2 s × průměrná rychlost (ještě před brzděním).

Průměrná rychlost během reakčního období je (20 + 30)/2 = 25 m·s-1, takže reakční dráha je 5 m.

Celková dráha pro případ s reakcí je 125 m + 5 m = 130 m.

Tabulka shrnující kroky výpočtu

KrokHodnotyVýpočet
Zpomalenía = -5 m·s-2a = Δv/Δt
Brzdná dráha aut 1s1 = 37,5 ms1 = v0·t + 0,5·a·t^2
Brzdná dráha aut 2s2 = 87,5 ms2 = v0·t + 0,5·a·t^2
Celková dráha bez reakce125 ms1 + s2
Reakční doba0,2 s5 m reakční dráha
Celková dráha se reakcí130 m125 m + 5 m

Grafy závislosti rychlosti automobilů na čase během brzdění by ukázaly lineární pokles rychlosti od počátečních hodnot k nule během 5 s.

Graf dráhy vůči času by ukazoval postupně se zvyšující dráhu během brzdění až na zastavení.

Vliv reakční doby řidičů na vznik srážky a praktické aplikace

Reakční doba řidičů je důležitá a ovlivňuje bezpečnost silničního provozu.

V našem výpočtu je reakční doba 0,2 s, která zvětšuje celkovou brzdnou dráhu o 5 m.

Při delší reakční době se dráha mezi auty zvětší a naopak.

Předpokládané hodnoty rychlosti a zrychlení umožňují vypočítat dráhy zastavení a minimalizovat riziko kolize.

Praktické tipy pro výuku a simulace

Nápověda 2 dává grafické řešení - dráha zastavení a ukrývá dráhu zastavení obou aut v grafech.

V grafech je důležité najít část, která odpovídá dráze zastavení obou vozidel.

Nápověda 4 se zaměřuje na reakční dobu a ukazuje, že za 1 s se rychlost sníží o 5 m·s-1 při rovnoměrném brzdění.

Obě auta jsou schopna zastavit z rychlosti 25 m·s-1 za 5 s, což umožňuje jednoduché výpočty a srovnání.

graf dráhy a rychlosti během brzdění

tags: #dve #vozidla #jedou #proti #sobe #zrychleni