用物理的眼睛看交通

人們每天都要出行，因而交通道路和交通工具成為人們生活必不可少的組成部分。雖然我們熟知幾種常見的交通工具及道路，但能否解釋其中的一些奧秘呢?

通過仔細(xì)觀察和考證，我應(yīng)用初高中的光學(xué)反射折射、熱學(xué)、力和運動的一些基本知識，解釋那些常見的交通現(xiàn)象。

一、高速公路上的物理知識

1 無論是在城市，還是在鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每當(dāng)?shù)搅艘雇恚缆飞系穆窡艟土亮似饋怼？墒悄闶欠褡⒁獾剑诟咚俟返膬蓚?cè)，為什么從來就沒有路燈照亮呢?這其中蘊含著什么知識呢?

一般情況下，公路上使用的路燈是物理學(xué)中的散射光，容易使開車的司機目眩，不但起不到積極的作用，反而使司機難以辨認(rèn)交通標(biāo)志、路面的標(biāo)線及障礙物等。

高速公路上車流大、車速快，如果因為路燈照射而影響司機的視線，就容易出交通事故。所以除了途中的服務(wù)區(qū)、控制室等區(qū)域路段，高速公路上通常不采用路燈照明。

2 高速公路上時常有超車的情況，而且汽車都是在高速行駛。在轉(zhuǎn)彎時，汽車通過和地面的靜摩擦力提供轉(zhuǎn)彎時所需的向心力。那么，超車路段的外側(cè)路段要比內(nèi)側(cè)的路段坡度高，這樣設(shè)計有什么意義呢?

原來，外道超車的車輛的速度較大，所以需要較大的力提供向心力，由向心力的公式可以推導(dǎo)出和角度的關(guān)系為：F_向=mgtanθ。即角度越大，所能提供的向心力越大，可以允許車輛在外面坡度較高的車道具有較大的速度超車，而不至于發(fā)生交通事故。

二、汽車上的物理知識

1 所有汽車上，在車頭的兩側(cè)有兩只大燈，打開后能發(fā)出耀眼的光芒，照亮前方的道路，使汽車在黑暗中安全行駛，在它兩側(cè)還裝有霧燈。

而這些霧燈發(fā)出的光都是黃色的，這又是什么原理呢?為什么霧天開啟的是霧燈而不是大燈呢?

我們都知道，不同顏色的光具有不同的波長。波長越短的光頻率越大，具有很強的穿透性，向四面發(fā)散傳播的距離越遠(yuǎn)。黃色燈光的波長比起大燈發(fā)射的白光的波長短得多，即穿透性強得多，照明的距離也就遠(yuǎn)得多。

因此，在有霧的天氣情況下，汽車開啟黃色的霧燈代替大燈照明，這是為了司機能看到較遠(yuǎn)的距離防止交通事故。

2 許多小轎車的后窗玻璃上都有一條條的黃褐色的“五線譜”線條，許多同學(xué)都不知道是為什么。

其實，這既不是小轎車的商標(biāo)也不是其標(biāo)志物，更不是什么裝飾品，而是小轎車后窗的玻璃除霜裝置。

尤其我生長在北方這樣的環(huán)境下，更容易觀察到這樣現(xiàn)象：東北的冬天，由于天氣寒冷，在轎車內(nèi)部，人體呼出來的濕熱氣體和發(fā)動機產(chǎn)生的熱氣聚集在一起，車廂內(nèi)外的溫度有很大的差別，車子在行駛的過程中，車廂內(nèi)的濕熱的空氣一接觸到冷冰冰的轎車后窗玻璃，使玻璃上結(jié)成一層冰霜。

這樣，結(jié)了霜的后窗玻璃就會遮住駕駛員的視線，駕駛員就不能通過面前的后視鏡發(fā)現(xiàn)后窗的情況，不能倒車，影響安全行駛。

因此，人們在后窗雙層玻璃的夾層里，設(shè)置了一條條細(xì)小的、間隔均勻的電熱絲，把它通上電后，便能像電爐那樣發(fā)出熱量，只不過其功率不用電熱爐那樣大，但足以融化冰霜，使其迅速蒸發(fā)掉，使后窗的玻璃始終保持透明清晰。

三、火車中的物理知識

汽車轉(zhuǎn)彎時候要靠方向盤，而在鐵路上行駛的火車卻沒有設(shè)置方向盤，那么火車是怎么實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的呢?

通過本人的實際觀察，發(fā)現(xiàn)火車的鐵軌的外軌比內(nèi)側(cè)軌要高一些，這里蘊含著什么樣的物理知識呢?

通過高一物理知識學(xué)習(xí)，我明白了火車是一直沿著軌道行駛的，火車的車輪一直受鐵軌控制，火車的車輪不同于其他交通工具，火車車輪內(nèi)側(cè)設(shè)計了“輪緣”，火車車輪的“輪緣”自始至終都是嵌在兩條平行鋼軌的內(nèi)側(cè)。

如果火車的內(nèi)外軌都是平的，那么需要外側(cè)軌道和輪緣之間的相互擠壓的力，提供火車轉(zhuǎn)彎時候的向心力，因為火車的質(zhì)量和火車速度相當(dāng)大，所以需要很大的力提供火車轉(zhuǎn)彎時候的向心力，這就直接導(dǎo)致火車輪緣和外軌都很容易損壞。

所以，火車的軌道設(shè)計都是內(nèi)外軌道有一個傾斜度，這樣可以提供火車轉(zhuǎn)彎時候的向心力，減小外軌和輪緣之間的相互擠壓，避免破損，并且為了防止突發(fā)事件，其物理原理如圖所示。

例如：火車突然提速或火車減少還是采用了輪緣，所以火車可以安全高速行駛。

四、輪船中的物理知識

航行中，輪船要想停靠在一個碼頭上，可不像公交車進(jìn)站那樣簡單。輪船停靠岸的時候必須要在逆水方向，你知道這是什么道理嗎?

汽車和火車中都有剎車裝置，可是輪船并沒有剎車裝置，因為輪船是浮在水面上的，在緊急情況下，輪船利用拋錨和主機倒車的方法，可以迫使輪船停下來。所以，輪船在逆水中停靠碼頭，就是利用了水流的阻力，讓水流幫助輪船停下來。

舉例來說，一艘輪船的速度是8千米／時，水流的速度是2千米／時，那么順流而下的輪船實際船速就是每小時10千米，由于水流流速和慣性的存在，很難使船停下來，一旦過了頭，就得重來。所以，順流而下的大型船只停靠碼頭時，必須繞一個大圈子，改變船頭方向，頂著水流才能平穩(wěn)安全地靠岸。

通過高中物理運動的合成和分解的知識，我們就會得出這樣一個結(jié)論：當(dāng)船頭朝著河流的對岸開始渡河的時間最短，可以在短時間渡到河對岸。而且在當(dāng)船速大干水速的時候，渡河的位移最短，即最短位移為河的寬度d。

這樣，我們可以根據(jù)我們所學(xué)的物理知識，在實際渡河過程中，計算出我們渡河的最短時間和最短位移等。

這些生活中的交通工具中，都涉及到很多我們所熟知的物理知識。多么神奇的交通世界，多么神奇的物理眼睛。