1. «Світ вимірювань» Жовтень 2009

Розвиток науки і техніки супроводжується появою нових фізичних понять і термінів, одиниць вимірювань і їх похідних

Ю.І. Куликов, кандидат технічних наук
І.М. Пугачов, кандидат технічних наук
А.В. Казарбін, кандидат фізико-математичних наук Тихоокеанський державний університет, м Хабаровськ

Розвиток науки і техніки супроводжується появою нових фізичних понять і термінів, одиниць вимірювань і їх похідних. Міжнародна система одиниць допускає використання інших одиниць вимірювань, зручних для конкретних завдань.

Особливо багато нових понять, термінів і одиниць вимірювань використовується в автомобільній транспортній галузі, що включає автотранспортні засоби, автомобільні дороги, штучні споруди та інші об'єкти транспортної інфраструктури, що сприймають навантаження і взаємодіючі між собою.

У теперішній час в сфері автомобільного транспорту в Росії утвердилися нові поняття, терміни, в тому числі їх синоніми, і одиниці вимірювань, які увійшли в офіційні нормативно-правові документи. Однак вживання слова "маса" як синонім слова "вага" викликає сумнів і суперечить фізичним законам класичної механіки і тяжіння (гравітації).

У сучасній науці "вага" і "маса" - абсолютно різні поняття: "маса" є мірою кількості речовини, невід'ємною властивістю матеріального тіла, а "вага" - результат дії сили тяжіння на горизонтальну опору (або вертикальний підвіс). Чисельно вага P дорівнює добутку маси тіла на прискорення земного тяжіння (вільного падіння або прискорення сили тяжіння)

P = m × q.

Разом з тим, у багатьох повсякденних ситуаціях слово "маса" продовжує використовуватися, коли мається на увазі "вага".

Для практичних розрахунків транспортних навантажень в природних земних умовах досить розглянути властивості матеріальних тіл в межах законів класичної механіки і гравітації І. Ньютона. У механіці маса як міра інертності матеріального тіла використовується у визначенні імпульсу (кількості руху) тіла і сили його інерції.

Кількість руху p визначається твором маси тіла на лінійну швидкість рівномірного руху тіла:

p = m × ν, (1)

де m - маса тіла, кг; ν - швидкість руху тіла, м / с. Сила інерції тіла (2-й закон Ньютона) F визначається твором маси тіла на прискорення руху, викликане дією на тіло сили F:

F = m × а, (2)

де m - маса тіла, кг; а - прискорення руху тіла, м / с2.

Маса, яка визначається з співвідношень (1) і (2), називається інертною і є еквівалентною.

Інертна маса за визначенням має виключно інертними властивостями; гравітаційні та інші властивості їй умовно невластиві [1].

Інертна маса використовується в наукових працях з теорії автомобіля для розрахунку інерційних сил при розгоні і гальмуванні автомобіля, а також при зіткненнях і наїздах на перешкоди автотранспортних засобів у випадках дорожньо-транспортних пригод.

Згідно із законом гравітації Ньютона в поле тяжіння Землі маса і вага P тіла пов'язані співвідношенням:

P = m × q, (3)

де m - гравітаційна маса тіла, кг; q - прискорення земного тяжіння, м / с2.

Прискорення земного тяжіння q залежить від географічної широти місця і висоти його над рівнем моря. На земній поверхні прискорення земного тяжіння варіюється в межах до 0,3% від величини нормального (фіксованого) прискорення, рівного 9,80665 м / с2, в зв'язку з чим вага тіла змінюється в тих же межах.

Для зручності розрахунків і переведення одиниць вимірювання ваги в різні системи прийнята закруглена величина прискорення земного тяжіння q, що дорівнює 9,81 м / с2, яка вважається постійною на земній поверхні. При цьому вага тіла є пропорційним його масі.

Теоретично нізвідки не випливає, що маса, що створює поле тяжіння, визначає і інерцію того ж тіла. Однак досвід показує, що інертна і гравітаційна маси тіла еквівалентні і рівні один одному. Ця фундаментальна взаємозв'язок називається принципом еквівалентності. З принципу еквівалентності випливає, що тяжіння повідомляє різних тіл однакові прискорення, незалежно від їх маси, хімічного складу та інших властивостей [2].

Основний розмірністю ваги в системі МКГСС є кілограм-сила (кгс), а в міжнародній системі одиниць - ньютон (Н):

1 кгс = 1 кг × 9,81 м / с2; (4)

1 Н = 1 кг × 1 м / с2. (5)

З виразів (4) і (5) випливає, що 1 кгс в 9,81 рази більше сили в 1 Н, тобто 1 кгс = 9,81 Н, або 1 Н = 0,102 кгс.

Транспортне навантаження являє собою силові дії від вагових параметрів транспортних засобів (ТЗ) на дорожнє покриття через опорні поверхні коліс на несучі елементи об'єктів транспортної інфраструктури.

Вагові параметри вантажних ТЗ визначаються наступними величинами:

- вантажопідйомність;
- власна вага;
- нормативний загальний (повний) вага;
- нормативні навантаження на кожну вісь або на колісні візки.

В якості додаткової розмірності вагових параметрів ТЗ може використовуватися зручна позасистемна одиниця - тонна-сила (тс):

1 тс = 9,81 × 103 Н = 9,81 кН;

1 Н = 0,102 × 10-3 тс;

1 кН = 0,102 тс.

Вага матеріальних тіл на земній поверхні визначається зважуванням за допомогою ваг.

За принципом дії ваги поділяються на важелі, пружинні, електротензометрічеськие, гідравлічні та ін. За призначенням ваги діляться на зразкові (для повірки гир), лабораторні (в тому числі аналітичні), загального призначення і спеціалізовані.

Твердження, що зважування є визначенням маси тіл за допомогою терезів, а ваги є приладом для визначення маси; що на важільних равноплечних вагах вимірюється маса тіла, врівноважується гирями, а на пружинних терезах - вага, не є переконливими. Критерієм істини, як відомо, є практика (досвід, експеримент). Практика показує, що вага одного і того ж тіла є еквівалентним при зважуванні на будь-яких вагах. При цьому гирі не можуть бути мірою маси, а є мірою ваги, тому що, як і всі матеріальні тіла на земній поверхні, мають силу тяжкості (вагою), з якої вони притягуються до землі (за принципом еквівалентності). До речі, англійське слово weight, що використовується в іноземній транспортному маркуванні; перекладається як "вага", "гиря".

Значення маси тіла на земній поверхні розраховується діленням ваги тіла на прискорення земного тяжіння. Різниця між вагою і масою тіла в земних умовах становить 9,81 рази, що повинно враховуватися при ваговому контролі ТС.

Використання слова "маса" замість слова "вага" робить неспроможними чисельні значення відповідних вагових параметрів в довідковій літературі і в нормативно-правової документації та безглуздими похідні слова від слова "маса" за нормами російської мови, наприклад "масові параметри ТЗ", "масовий контроль ТС "і ін.

Нерозуміння різниці між поняттями "вага" і "маса" призводить до неоднозначного прочитання нормативних документів, де ці поняття використовуються, наприклад, таких:

- Інструкція з перевезення великогабаритних та великовагових вантажів автомобільним транспортом по дорогах Російської Федерації (Наказ Мінтрансу РФ від 27.05.1996 р, в останній ред. Від 22.01.2004 № 8);

- ОДН 218.046-01 "Проектування нежорстких дорожніх одягів", затверджені Розпорядженням Державної служби дорожнього господарства Міністерства транспорту Російської Федерації 20.12.2000 № ОС-35-Р;

- ОДН 218.1.052-2002 "Оцінка міцності нежорстких дорожніх одягів", затверджені розпорядженням Міністерства транспорту Російської Федерації від 19.11.02 № ОС-1040-р;

- Постанова Уряду Російської Федерації від 20 березня 2006 № 144 "Про тимчасове обмеження руху транспортних засобів по федеральних автомобільних дорогах";

- Наказ Міністерства транспорту Російської Федерації від 10 квітня 2007 р № 41 "Про затвердження Порядку тимчасового обмеження руху транспортних засобів автомобільними дорогами загального користування федерального значення";

- Наказ Росавтодору від 6 листопада 2007 р № 83 "Про введення періодів тимчасового обмеження руху транспортних засобів автомобільними дорогами загального користування федерального значення в 2008 р";

- а також велика кількість нормативних актів щодо введення періодів тимчасового обмеження руху транспортних засобів автомобільними дорогами загального користування на регіональних і муніципальних рівнях.

В "Інструкції з перевезення великогабаритних та великовагових вантажів автомобільним транспортом по дорогах Російської Федерації", практично у всьому документі використовуються терміни "маса" і "осьова маса" (пп. 1.2; 1.3; 5.3; дод. 1). При цьому в п. 1.3 використовується вираз "вагові параметри", а в п. 8.1.б (і абсолютно справедливо!) Перевізників зобов'язують "надавати на вимогу інспектора ДАІ транспортні засоби для проведення вагового контролю".

Незважаючи на те, що аналогічні поняття в усьому документі носять назву "осьова маса", в дод. 1, в таблиці п. 1.5 всього один раз використовується найбільш точний термін "навантаження на вісь".

Окремо хотілося б відзначити, що в п. 2, в примітках до таблиць п. 1.3 та п. 1.4. говориться наступне: "Граничні значення повної маси автотранспортних засобів допустимі при рівномірному їх розподілі по осях з відхиленням в осьових навантаженнях не більше 35%, а для передньої осі не більше 40%". Тут повна маса ТЗ не може бути еквівалентна сумі осьових навантажень. А як досягати рівномірного розподілу по осях транспортних засобів допустимих граничних значень, якщо заводи-виробники спочатку конструктивно цього не передбачають?

Як уже зазначалося, "Інструкція з перевезення великогабаритних та великовагових вантажів автомобільним транспортом по дорогах Російської Федерації", діє в даний час. Однак в додатку 1, де наведено класифікацію транспортних засобів в залежності від осьових мас, вони поділяються на дві групи: А і Б. Це суперечить прийнятому 20.12.2000 р ОДН 218.046-01 "Проектування нежорстких дорожніх одягів", в якому скасована група Б , а група а стала поділятися на А1, А2, А3 з нормованими значеннями осьових навантажень, а не осьових мас.

Розробники документів ОДН 218.046-01 "Проектування нежорстких дорожніх одягів" і ОДН 218.1.052-2002 "Оцінка міцності нежорстких дорожніх одягів" дуже грамотно пішли від згадок терміна "маса", вживши термін "навантаження". В ОДН 218.046-01 приведена нормативна статистична навантаження на вісь (кН) для кожної групи розрахункового навантаження А1, А2, А3.

Невнесення відповідних змін до "Інструкції з перевезення великогабаритних та великовагових вантажів автомобільним транспортом по дорогах Російської Федерації" призводить до неоднозначного тлумачення понять і директивним весогабарітнимі обмеженням. Наприклад, видане розпорядження адміністрації м Хабаровська від 18 березня 2008 р № 616 "Про визначення розміру шкоди, завданої транспортними засобами, що здійснюють перевезення великовагових вантажів автомобільними дорогами загального користування міського округу« місто Хабаровськ », на 2008 рік" суперечить вимогам "Інструкції з перевезення великогабаритних та великовагових вантажів автомобільним транспортом по дорогах Російської Федерації ", в якій дається визначення поняття" великоваговий вантаж "і наводяться весоразмерние ограниче ня.

У розділі I Додатка 1 Інструкції наведені таблиці П. 1.1 і П. 1.3 (табл. 1, 2). Таблиця П. 1.1 (див. Табл. 1) містить обмеження осьової маси двохосьових ТС і двовісних візків.

У таблиці П. 1.3 (див. Табл. 2) наведені граничні значення повної маси ТЗ.

Як видно з табл. 2, Інструкцією передбачено диференційований підхід до транспортних засобів за критерієм повної маси в залежності від конструкції ТС. Інструкцією дозволено рух пятіосних автопоїздів або сідельних тягачів з повною масою менше або дорівнює 38 т, а також рух двохосьових одиночних автомобілів з повною масою меншою або рівною 18 т. Муніципальна інструкція (табл. 3) обмежує повну масу (тобто вага) автомобіля до величини осьового навантаження, зазначеної в Федеральної Інструкції, і позбавляє участі в перевізному процесі багатьох автовласників, яким нав'язують оплату за дозвіл руху протягом всього року.

Плутанина з термінами призвела до того, що в наведеній таблиці з постанови мера числа в стовпці "Повна маса автомобіля" відповідають ваговими параметрами "навантаження на вісь", а не "повній масі автомобіля", і тільки в розрахунковий період. За межами розрахункового періоду, рішення про обмеження (тим більше що відрізняється від Інструкції Мінтрансу!) Має бути прийнято після проведення випробувань міцності дорожніх конструкцій, всієї мережі доріг м Хабаровська. Тільки на цій підставі можна зробити науковий висновок про доцільність його введення.

Проведений аналіз дорожньої нормативно-технічної документації дозволяє зробити наступні висновки:

- "маса" і "вага" абсолютно різні поняття, які мають відмінні розмірності (одиниці вимірювання);

- слово "маса" не може бути синонімом слова "вага" внаслідок їх фізичного відмінності;

- маса тіла є мірою кількості речовини, яке постійно в різних умовах;

- маса тіла проявляється в динамічних процесах, пов'язаних з рухом тіла;

- вага (сила тяжіння) проявляється повсюдно в умовах земного тяжіння (гравітації) і є основним вимірником силових впливів (навантажень);

- вага, що діє на опору або підвіс, еквівалентний по своїй величині;

- бездумне змішання "ваги" і "маси" робить неспроможним чисельні значення і розмірності понять і вносить невизначеність в кінцевий результат;

- слід упорядкувати в довідковій літературі і нормативно-правової документації автомобільно-дорожньої галузі терміни і розмірності, пов'язані з масою і вагою транспортних засобів.

література

1. Велика енциклопедія в 62 т. Т. 9, 19, 28. - М .: ТЕРРА, 2006. - 529 с.
2. Фізика. Великий енциклопедичний словник / Гол. ред. А.М. Прохоров. - 4-е изд. - М .: Велика Російська енциклопедія, 1999. - 944 с.

«Світ вимірювань» Жовтень 2009

Рубрика: Точка зору

Автор (и): Ю.І. Куликов, І.М. Пугачов, А.В. Казарбін

Повна версія статті доступна передплатникам електронного журналу.