Vật lí - Các khái niệm và quan hệ (Phần 13)

Khoa học – Công nghệ – Xã hội – Môi trường

Viễn cảnh mới cho lốp bốn mùa

Canada là một trong những nước có thời tiết thất thường nhất trên thế giới. Những sự thay đổi bất ngờ về nhiệt độ, đi cùng với mưa, tuyết và băng, có thể gây nguy hiểm đối với việc lái xe. Xe hơi mới ở Canada luôn được trang bị những chiếc lốp bố tỏa tròn cho bốn mùa. Những chiếc lốp này được thiết kế để mang lại sức kéo tốt hơn trong tuyết so với lốp mùa hè, trong khi vẫn mang lại một tốc độ có thể chấp nhận trong những tháng mùa hè. Lốp bố tỏa tròn bốn mùa mang lại một sự cân bằng tốt giữa sức kéo mùa đông và những yêu cầu thời tiết khắc nghiệt.

Nhiều yếu tố phải được xét đến trong việc thiết kế một lốp xe có chất lượng. Hai yếu tố quan trọng là giá trị của hệ số ma sát động và ma sát nghỉ mà mặt lốp mang lại. Để lái xe trên đường khô ráo, chúng ta chỉ quan tâm đến hệ số ma sát nghỉ vì lốp xe liên tục quay trong khi vẫn tiếp xúc với mặt đường và không bị trượt trên đó. Trên những con đường khô ráo, lốp xe nhẵn (không bố), ví dụ như lốp dùng trên xe đua, mang lại hệ số ma sát nghỉ khoảng 0,9. Diện tích bề mặt của lốp tiếp xúc với mặt đường tăng lên làm tăng hệ số ma sát nghỉ.

Giá trị cho hệ số ma sát động thường thấp hơn đáng kể so với hệ số ma sát nghỉ. Trong một số trường hợp, hệ số ma sát động chỉ bằng 50% hệ số ma sát nghỉ. Trong tình huống khẩn cấp, với phanh đã hãm, hệ số ma sát động rốt cuộc xác định quãng đường dừng lại tối thiểu của xe.

Bảo dưỡng lốp tốt là điều quan trọng, cho dù bạn sử dụng lốp loại gì hay nhãn hiệu gì. Áp suất lốp phải được duy trì ở mức khuyến cáo để bố lốp tiếp xúc với mặt đường, đảm bảo tiếp xúc bề mặt tối đa. Nếu lốp bị bơm căng quá mức, thì độ sâu bố lốp không đủ sẽ ngăn lốp xẻ nước trên mặt đường, làm giảm hệ số ma sát nghỉ và làm cho việc điều khiển xe thêm khó khăn. Tương tự, trong một tình huống khẩn cấp không có phanh tự động, hệ số ma sát động sẽ giảm xuống đến một giá trị còn thấp hơn cả trên mặt đường khô. Trên tuyết và trên băng, nơi lốp không thể tiếp xúc với mặt đường, thì độ sâu bố lốp, thiết kế bố và loại cao su sử dụng là đặc biệt quan trọng.

Lốp mùa đông được thiết kế có bố lốp sâu hơn 30% so với lốp bốn mùa. Bố lốp sâu mang lại sự bám chặt hơn bằng cách cho phép lốp đẩy tuyết ra dễ dàng hơn. Một nguyên nhân mất sức kéo ở lốp bốn mùa là hợp chất cao su được sử dụng có xu hướng trở nên cứng ở nhiệt độ dưới – 10^oC. Mặt khác, lốp mùa đông sử dụng những hợp chất cao su đặc biệt nên cho phép chúng vẫn đàn hồi ở nhiệt độ thấp đến – 40^oC.

Lốp khảm có những núm kim loại nhỏ dìm bên trong chúng mang lại sức kéo tốt hơn. Ở Ontario, chúng là không hợp pháp vì chúng làm hỏng mặt đường, nhưng người ta có thể sử dụng chúng ở những tỉnh xa xôi nơi ít có lệnh cấm.

Hình KCXC.1.1 Lốp tỏa tròn bốn mùa Michelin X One

Thiết kế một nghiên cứu tác động xã hội

Mỗi năm, có hàng nghìn người dân Canada chết vì tai nạn xe hơi. Hãy thiết kế một nghiên cứu khảo sát sự tác động xã hội của tai nạn xe hơi. So sánh tần suất và tính khốc liệt của những tai nạn xảy ra trong dân cư từ mùa này sang mùa khác. So sánh số liệu giữa hai khu vực, ví dụ như Thụy Điển (nơi lốp khảm mùa đông được dùng phổ biến) và Ontario (nơi lốp khảm bị cấm). Xác định chi phí xã hội của sự hư hỏng đường xá do lốp khảm. Những lợi ích của việc sử dụng lốp khảm có trội hơn chi phí đó hay không?

Thiết kế một hoạt động đánh giá

Hãy chụp ảnh mười loại bố lốp khác nhau tìm thấy ở xe hơi trong bãi đỗ xe ở trường bạn hoặc tại một cửa hàng lốp xe. Chụp ảnh càng nhiều loại bố lốp càng tốt, ví dụ như lốp tỏa tròn bốn mùa, lốp mùa đông, và nếu có thể, cả lốp khảm nữa. Hãy tìm sự giống nhau và điểm khác biệt giữa từng loại trong số ba loại bố lốp này. Sử dụng kiến thức của bạn về các định luật Newton, hãy giải thích những đặc điểm khác nhau ở những bố lốp này đã được sử dụng như thế nào để làm tăng sức kéo, đẩy nước và tuyết ra, và giúp điều khiển xe một cách hiệu quả.

Đánh giá xem loại lốp nào mà bạn chụp ảnh mang lại quãng đường dừng lại ngắn nhất trên đường khô, trên tuyết, và trên băng. Sử dụng Internet, các tài nguyên điện tử và sách vở sưu tầm số liệu về quãng đường dừng lại cho những loại lốp mà bạn đã chọn. So sánh những kết quả này với dự đoán của bạn.

Xây dựng một cấu trúc

Hãy tạo một “ván trượt băng” bằng cách phủ băng lên một miếng gỗ dán. (Hoạt động này sẽ thực hiện nhất ở ngoài trời vào mùa đông bằng cách quét ẩm miếng gỗ dán vài lần trong ngày.) Hãy thu nhặt những lốp cũ khác nhau từ một cửa hàng lốp ở địa phương. Cắt ra những mẩu cao su kích cỡ bằng nhau từ mỗi cái lốp và lần lượt đặt từng miếng cao su lên ván trượt băng. Sau đó tăng góc nghiêng của tấm ván. Xác định hệ số ma sát nghỉ cho miếng cao su bằng cách sử dụng phương trình

μ = tan θ

Song song kết quả của bạn cho từng miếng cao su. Tóm lại, hệ số ma sát nghỉ đối với lốp mùa đông trên băng so sánh như thế nào với hệ số ma sát nghỉ đối với lốp tỏa tròn bốn mùa? Cần có những điều chỉnh nào để kết quả của thí nghiệm này là hợp lí?

Vật lí - Các khái niệm và quan hệ
SGK của Canada - Nhiều tác giả
Bản dịch của  TVVL

<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email

Thêm ý kiến của bạn