Оптическое решение безопасности движения

Разделы: Физика, Внеклассная работа

Цель занятия:

Формирование у обучающихся прочного знания основных понятий и законов геометрической и волновой оптики и умения объяснять их применение в конкретных ситуациях дорожного движения.

Задачи занятия:

Образовательная:

  • Развитие метапредметного образования обучающихся.
  • Актуализировать знания учащихся, полученные в ходе изучения темы “Геометрическая оптика и волновая ” курса физики, темы “Безопасность на дорогах” курса предмета Основы безопасности жизнедеятельности. Расширение кругозора обучающихся.

Развивающая:

  • Развивать творческое мышление, пространственное воображение, монологическую речь, практические навыки поведения на дорогах. Развивать интерес к предмету физики, способность слушать, делать выводы

Воспитательная:

  • Опираясь на знания законов геометрической и волновой оптики, выработать осознанную необходимость соблюдения Правил дорожного движения. Воспитывать законопослушность, ответственность за свою жизнь и жизнь людей – участников дорожного движения.

Необходимое оборудование: компьютер с мультимедийным проектором, интерактивная доска; презентация “Оптическое решение безопасности движения” (Приложение 1), флэш – анимация “Построение изображений в сферических зеркалах” (Приложение 2), видеофильм “Почему дорожные знаки светятся в темноте?” (Приложение 3)

Содержание материала:

  1. Три цвета: светофоры
  2. Безопасность движения и:
  • поляризованные линзы;
  • сферические зеркала;
  • светодиодные знаки;
  • знаки дорожной разметки;
  • люминофоры.
  1. Почему дорожные знаки светятся в темноте?
  2. Ответьте на вопросы.

Интенсивность и скорость движения ежегодно возрастают, что приводит к увеличению дорожно-транспортных происшествий. К числу многих причин, способствующих этому, относятся неблагоприятные дорожные условия — малая ширина проезжей части, отсутствие достаточной видимости, наличие пересечений в одном уровне, недостаточно тщательная информация водителей об особенностях пути, опасных местах. К их числу можно отнести несовершенство дорожной сигнализации, временное ухудшение условий движения - туман, гололед и др.

Безопасность движения ночью можно улучшить с помощью оптического ориентирования водителей.

Три цвета есть у светофора, [1] (Слайды 3–5 презентации, приложение 1)

Они понятны для шофера:
Красный свет –
Проезда нет.
Желтый –
Будь готов к пути,
А зеленый свет –
Кати! (С.Я.Маршак)

Для сигналов светофора были выбраны цвета: зелёный – разрешающий, красный – запрещающий, жёлтый – предупреждающий. Почему выбраны такие цвета? Почему для запрещающего сигнала светофора, а также предупреждающих огней заднего хода в автомобилях используют именной красный свет?

Это связано с тем, что свет разного цвета по-разному распространяется в атмосфере: зелёный свет – разрешённый сигнал светофора, так как наибольшая разница в ощущении цветности человеческим глазом именно между красным и зелёным светом, то есть они наиболее различимы, а значит, могут быть безошибочно распознаны. Красный свет рассеивается меньше других, хорошо виден на значительном расстоянии даже в тёмное время суток и в туманную погоду, что очень важно для запрещающего сигнала. Жёлтый свет рассеивается больше красного, но меньше, чем зелёный, он хорошо заметен и подходит для предупреждающего сигнала. (Слайды 3,4)

Самая распространенная и опасная помеха при вождении автомобиля – это слепящий свет. Глаз человека – очень чувствительный орган. Он может хорошо видеть, когда человек находится на залитой солнечным светом снежной равнине (освещенность 100 тысяч лк) и темной ночью в степи, освещаемой только звездами (освещенность 0,0001 лк), т. е. яркости, воспринимаемые глазом, различаются в миллиард раз. Но у органа зрения есть большой недостаток – он очень медленно приспосабливается к изменению яркости. Зрачок адаптируется продолжительное время – порядка десятков секунд. При внезапном переходе со света в темноту (или наоборот) люди практически ничего не видят. Эта “слепота” может продолжаться около 30 секунд! Вот почему ослепление так опасно. Такими бликами может быть яркий солнечный свет, отраженный от бесконечного разнообразия гладких поверхностей, например от дороги, капота или приборной панели автомобиля или даже глянец впереди идущей машины. Поляризованные линзы являются лучшим решением для устранения большинства аварий в этих условиях.

Безопасность движения и поляризованные линзы. [2]

(Слайды 6-7 презентации, приложение 1)

Поляризация все еще важна, потому что яркие блики могут появляться неожиданно, например, отражение от дороги. Глаз, привыкший к слабому освещению, особенно подвержен ослеплению. Существуют линзы, разработанные специально для вождения автомобиля. На фарах и ветровых стёклах автомашин устанавливают поляроиды. Поляроиды – это плёнки из особых кристаллов, нанесённые на стекло или целлулоид. Они пропускают только такие световые волны, колебания вектора напряжённости электрического поля лежат только в одной определённой плоскости. Если фары и ветровое стекло покрыть поляроидной плёнкой, оптическая ось которой составляет 450 к горизонту, то свет фар встречных машин не пройдёт в салон. Встречные машины водитель различит только в свете фар своего автомобиля. Поляроиды предназначены для защиты водителей от ослепления светом фар встречных автомашин.

Сферические зеркала и безопасность движения. [5]

(Слайды 8-16 презентации, приложение 1)

Современные зеркала автомобилей обеспечивают существенное повышение безопасности и комфортабельности транспортных средств. Нередко причиной дорожно-транспортных происшествий и даже тяжелых аварий является нахождение автомобиля в “мертвой” зоне сбоку автомобиля. Наличие этой зоны обусловлено тем, что между секторами обзора, видимыми с места водителя через стекла дверей и через зеркала бокового вида, имеется непросматриваемый сектор. Увеличение зоны обзора в зеркалах бокового вида. Чем больше видно в зеркалах, тем полнее и достовернее информация о дорожной обстановке.

Зеркала безопасности на автомобилях заднего вида бывают как внутренними, так и боковыми.

Рассмотрим изображение предметов в вогнутом зеркале. (Приложение 2. Построение изображений в сферических зеркалах)

а) изображение действительное, уменьшенное, перевёрнутое;
б) изображение действительное, уменьшенное, перевёрнутое;
в) изображение мнимое, увеличенное, прямое.

Изображение предметов в вогнутом зеркале может быть разным:

– это зависит от положения предмета относительно центра зеркала, фокусного расстояния и вершины зеркала.

Изображение предметов в выпуклом зеркале.

Независимо от расположения предмета его изображение в выпуклом зеркале является мнимым, уменьшенным и прямым.

Зеркала безопасности дорожные на улицах устанавливают:

  • в местах выезда транспортных средств из ворот предприятий, арок домов;

  • на пересечении дорог, на которых видимость не обеспечена в виду близко расположенных зданий, заборов и других сооружений;

  • на пересечениях с железнодорожными подъездными путями к предприятиям, складам и другим объектам, на которых не обеспечены условия видимости приближающегося поезда;

  • на серпантинах дорог в горной местности и участках горизонтальных кривых малого радиуса в плане с необеспеченной видимостью на других дорогах;

  • в местах пересечения пешеходных путей с дорогами у детских, школьных и зрелищных предприятий (детские сады, школы, учебные заведения, кинотеатры и т.п.).

Безопасность движения и светодиодные дорожные знаки. [7]

(Слайд 17 презентации, приложение 1)

Установка светодиодных дорожных знаков сегодня значительно снижает уровень дорожно-транспортных происшествий. Светодиодные дорожные знаки водитель видит на расстоянии максимальной видимости для данного участка дороги и с разных углов зрения. Это позволяет максимально быстро сориентироваться и принять оптимальные меры безопасности. В активных светодиодных дорожных знаках теперь предусмотрена возможность различных режимов работы: мигание, постоянно включен, включение с задержкой.

Светодиодные дорожные знаки значительно выигрывают у ламповых, а также у дорожных знаков со светоотражающей пленкой. Преимущества их очевидны. Светодиодные дорожные знаки – это надежность, возможность быстрой, динамической смены информации, повышенная видимость в темноте. Отображающаяся на них информация не зависит от времени суток и погодных условий. Изображение на них ярко, четко и контрастно.

Светодиодные дорожные знаки практически не требуют обслуживания, имеют низкое энергопотребление, то есть работают долго и бесперебойно. Ресурс их значительно выше в сравнении с ламповыми дорожными знаками, они более устойчивы к агрессивной окружающей среде. Дорожные знаки со светодиодами практически невосприимчивы к ударам, вибрациям и перегрузкам, имеют большой срок жизни.

Светодиодные дорожные знаки позволяют привлечь внимание водителей на особо опасных участках скоростных дорог, в местах проведения ремонтных или эксплуатационных работ. Эффективность этих дорожных знаков не имеет аналогов, а значит, обеспечивает максимальную безопасность для участников дорожного движения.

Безопасность движения и знаки дорожной разметки. [3]

(Слайд 18 презентации, приложение 1)

Дорожная разметка — это совокупность линий, надписей и иных обозначений, которые наносятся на проезжей части и других элементах дорог и дорожных сооружений. Подобно дорожным знакам, разметка — одно из эффективных средств регулирования дорожного движения. Благодаря размещению большинства линий разметки на проезжей части в зоне, постоянно находящейся в поле зрения водителя, обеспечивается надежная передача информации, имеющей важное значение для обеспечения безопасности движения. Применение разметки позволяет рационально использовать по ширине проезжую часть и обеспечить увеличение пропускной способности дороги, выделить полосы, на которых устанавливается особый порядок движения, создать дополнительные ориентиры для выбора наилучшей траектории движения на повороте и т. д.

В настоящее время знаки дорожной разметки применяются на солнечных батареях. Источником питания является конденсатор, заряжающийся от солнечной батареи. Достаточно 2-4 часов светового дня (даже пасмурного) для его зарядки. Срок службы неограничен.

Они устанавливаются на дорожное полотно для обозначения разделительных полос, края обочины, пешеходных переходов, мест стоянки, а также украшений тротуаров перед парадными входами и декорирования площадей.

Безопасность движения и люминофоры. [2] (Слайд 19 презентации, приложение 1)

Люминофор – это люминесцентный состав, светонакопитель, светящийся в темноте.

Люминофор – обладает свойством аккумулировать свет (накапливает свет), при освещении различными источниками света (солнечный свет, лампы ультрафиолетовые накаливания, в том числе люминесцентные лампы).

Для зарядки изделий с покрытием из люминофора достаточно 10-15 секунд подержать их у источников света. Продолжительность свечения составляет от 2 до 36 часов, в зависимости от свойств люминофоров. При этом яркость свечения не линейна. В первые минуты послесвечения в темноте яркость максимальна, уменьшается пропорционально времени свечения. Спустя несколько часов свечение люминофора продолжает оставаться хорошо заметным.

Люминофоры используются:

  • для разметки автомобильных дорог,
  • для изготовления дорожных знаков, информационно-указательных щитов на автострадах;
  • для изготовления опознавательных знаков транспортных средств.

“Почему дорожные знаки светятся в темноте?” [4], [6]

(Слайды 20–21 презентации, приложение 1).

Видеофильм “ Почему дорожные знаки светятся в темноте?” (Приложение 3)

Кажущиеся днем совершенно обычными, в темноте дорожные знаки вспыхивают ярким светом. И “виноваты” в этом маленькие стеклянные шарики, напылённые на заданное изображение.

Эти микролинзы диаметром всего в несколько десятых долей миллиметра сначала фокусируют свет на тонкий слой краски, а затем из отраженного света формируют почти параллельный пучок, идущий ровно в обратном направлении. Эти знаки отражают свет в основном назад, отсюда и возникает ощущение, что знаки светятся сами собой! Но прогресс не стоит на месте: сейчас дорожные знаки покрывают самоклеящейся светоотражающей пленкой. Суть новшества в том, что эти самые отражающие шарики там спрятаны от дождя.

А вот когда они открыты, то дождь может сыграть с водителем злую шутку: мокрый знак не виден ночью в свете фар. Вода, попавшая на знак, изменяет всю оптическую систему!

Ответьте на вопросы. (Слайды 22-25 презентации, приложение 1)

1. Почему стёкла автомобильных фар делают рифлёными, а не гладкими?

Ответ:

При такой конструкции они состоят как бы из маленьких треугольных призм. Набор этих призм позволяет направить свет лампы после отражения в нужное направление, то есть вниз на дорогу.

2. Некоторые автомобили имеют дополнительные фары жёлтого цвета.

Почему такие фары хорошо освещают дорогу в туманную погоду?

Ответ:

Жёлтый свет сравнительно слабо рассеивается. Кроме того, лучам этого света наиболее чувствителен наш глаз. Противотуманные фары используются для расширения зоны видимости при езде в тумане, во время снегопада или сильного дождя. Они становятся хорошим подспорьем при движении в непогоду, существенно снижая вероятность ДТП.

3. В ясные солнечные дни на загородных асфальтированных шоссе водители автомашин часто наблюдают такую картину: некоторые участки асфальта, находящиеся впереди автомашины на расстоянии около 80—100 м, кажутся покрытыми лужами. Когда водитель подъезжает ближе к этому месту, лужи исчезают и снова появляются впереди на других местах, примерно на том же расстоянии. Как объясняется это явление?

Ответ:

У тёплого воздуха вблизи асфальта показатель преломления света меньше, чем у холодных вышележащих слоёв. Потому происходит полное внутреннее отражение света от границы раздела этих слоёв, и асфальт кажется столь же хорошо отражающим свет, как и поверхность воды.

4. Для чего у автомобиля сбоку от водителя укреплены небольшие зеркала?

Какие зеркала лучше использовать – плоские, вогнутые или выпуклые?

Ответ:

Зеркала помогают водителю наблюдать за тем, что происходит сбоку и сзади автомобиля. Лучше всего применять выпуклое зеркало, так как в этом случае изображение всегда получается прямым, что позволяет водителю просматривать значительное пространство за машиной. Плоское зеркало даёт прямое изображение в натуральную величину, но поле зрения его меньше, чем у выпуклого зеркала.

Список использованных источников: (Слайд 27 презентации, приложение 1)

  1. Почему у светофора такие цвета? http://www.moscow-faq.ru/all_question/transport/2008/April/5436/19437
  2. Незаменимые люминофоры. http://www.sfam.ru/page_html.php?page=12
  3. Дорожные знаки и разметка. http://www.vashamashina.ru/traffic_signs.html  
  4. “Почему дорожные знаки светятся в темноте?” http://cats-cats.net/?p=1820   http://www.in-win.net/4/svetodiodnye-znaki.html
  5. Зеркала дорожные.http://www.svetoznak.ru/index
  6. Микрооптическая система безопасности и воспроизведения изображения. http://www.freepatent.ru/patents/2414731
  7. Светодиодные активные импульсные дорожные знаки. http://www.plasto.ru/viewpage.php?page_id=67