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第12章 车水马龙——关于道路交通的小科学(1)

1.红绿灯的设计原理

“红灯停,绿灯走,黄灯等一下”,小时候我们都背过的交通口诀。但是交通灯为什么是红绿灯,又为什么用红黄绿颜色三种颜色?

其实这是有一个很漫长的发展过程的。

19世纪初,在英国中部的约克城,红、绿装分别代表女性的不同身份:着红装的女人表示我已结婚,而着绿装的女人则是未婚者。后来,英国伦敦机械师德·哈特受到红绿装启发,于1868年设计一盏红、绿两色的提灯——煤气交通信号灯,这是城市街道的第一盏信号灯,红灯表示停止,绿灯则表示通行,但由于使用煤气发生了爆炸,交通信号灯的使用中止了。直到1914年,电开关式红绿灯在美国的俄亥俄州克利夫兰使用,奠定了现代交通指挥信号的基础。中国最早的马路红绿灯,是于1928年出现在上海的英租界。

红绿灯

最早的红绿灯是名符其实的红绿灯,因为它只有红灯和绿灯两种信号。经过不断的改进,才出现了由红黄绿组成的三色信号灯并一直沿用至今,采用红黄绿三种颜色是根据光学原理,

主要根据人的视觉机能结构和心理反应有关。红色光的波长很长,其他颜色的光很容易被散射,在雾天里就不容易看见,而红光最不容易被散射,穿透空气的能力强,不会发生事故,同时比其他信号喜欢更引人注意,所以作为禁止通行的信号;黄色光的波长较长,穿透空气的能力较强,所以作为警告的信号;采用绿色作为通告信号,是因为红色和绿色的区别最大,易于分辨,其显示距离也较远。

红光灯

其次,人的视网膜含有杆状和三种锥状感光细胞,杆状细胞对黄色的光特别敏感,三种锥状细胞则分别对红光、绿光及蓝光最敏感。由于这种视觉结构,人最容易分辨红色与绿色。虽然黄色与蓝色也容易分辨,但因为眼球,对蓝光敏感的感光细胞较少,所以分辨颜色,还是以红、绿色为佳。

人类眼球图

另外,颜色有要表达活动的热烈程度,最强是红色,其次是黄色,绿色则有较冷及平静的含意。比如说公牛见到红布会忍不住冲向红布,那是颜色在起的作用,而相反我们在烦躁的时候多看看绿色植物或景色,感觉心情也会平静下来,人们将这一个原理应用在交通灯上,红色代表危险,黄色代表警觉,绿色代表安全。

经多年的实验证明,红绿灯以红、黄、绿三色灯号或辅以音响,并规定时间交互更迭之光色讯号,用以将道路通行权指定给车辆驾驶人与行人,管制其行止及转向之交通管制设施,可以有效的指示车辆及行人停止、注意与行进,设于交岔路口或其他必要地点,规范交通行为,减少交通事故的发生。

知识卡片:

黄色信号灯由来

黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎,他怀着“科学救国”的抱负到美国深造,在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。某天,他站在繁华的十字路口等待绿灯信号,当他看到红灯而正要过去时,一辆转弯的汽车擦身而过,吓了他一身冷汗。回到宿舍,他反复琢磨,终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯,提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的马路工具出现在世界上。

2.圆圆的沙井盖

沙井盖为什么不是方的,而是圆的?这个问题很多小朋友都问过,只是不得其解。

沙井盖外观

事实上,这沙井盖的圆形还大有学问的。

从运输角度来看,井盖一般采用铁质的,为了安全,分量也是满重的。由于盖子是铁砣砣,太重了,工人不好搬运,设计成圆的,这样工人就可以将盖子滚着走,这样搬运就轻松多了。设计师能考虑到运输这层,真是聪明。

从受力来说,圆形可以受力均匀,圆形的沙井盖不易倾斜,为了承受来自不确定方向的荷载。盖子下面的洞是圆的,因为圆柱形最能承受周围土地的压力。而且,下水道出入孔意味着要留出足够一个人通过的空间,而一个顺着梯子爬下去的人的横截面基本是圆的。所以圆形自然而然地成为下水道出入孔的形状。圆形的沙井盖只是为了覆盖圆形的洞口。试想,若下水道的盖子是方形或者其他带有棱角的形状,当有车轮的冲击荷载作用其上时,棱角部位极容易损坏。下水道的检查井之所以做成圆形,也是出于受力考虑——拱形结构能有效地抵抗土压力。

从数学角度来讲,相对来说圆的面积最小,也最省材料。这里就牵涉到一个材料的最大利用和节约的问题。井口的使用取决于井口的大小,如果非要在上面安装个面积远远大于井口的方形井盖,那么材料的利用和实用价值自然没有直接使用圆形的井盖更有效,节约井盖的材料,同时,也节省材料——相同周长的情况下,圆形能获得最大的面积。

从美学角度来讲,圆相对于方的东西来讲,圆的东西让人看着更舒服一些,大方美观。因为圆的可以减轻眼珠因看其它形状物体而受力不均带来的眼疲劳和身疲劳。

从安全性来说,使用圆形,主要是考虑到圆形的井盖通过其圆心的每条直径长度都是一样的,这样如果井盖被经过的车辆轧起时,因为不论如何轧起,其直径都会比下面的井口略宽,井盖不会掉到井口里去,使用圆形,主要是考虑到圆形的井盖通过其圆心的每条直径长度都是一样的,这样如果井盖被经过的车辆轧起时,因为不论如何轧起,其直径都会比下面的井口略宽,井盖不会掉到井口里去 ,因为圆形的每一条直径是相等的,井盖做成圆形的话,无论从哪个角度盖子都不会掉到井里去。

待安装的沙井盖

另外,从安装的便利性来说,圆的井盖在安装时更为方便,如果是方的话会被卡住。而其它形状总会有一条内径是最长的,例如矩形,其对角线就长于边长,如果把井盖做成矩形,就极有可能从对角线的角度掉下去。圆形的井盖不易倾斜,能够较好的保护好行人和车辆的安全。使用圆形,主要是考虑到圆形的井盖通过其圆心的每条直径长度都是一样的,这样如果井盖被经过的车辆轧起时,因为不论如何轧起,其直径都会比下面的井口略宽,井盖不会掉到井口里去。而如果采用方形,因为方形的对角线明显长于其每条边长,这样的井盖被轧起时,很容易沿井口的对角线方向掉进井中,造成安全隐患。如果井口做成圆形或明显小于井盖,方形的井盖就不会掉进井中。

知识卡片:

圆沙井盖的历史

关于沙井盖圆的问题,要追溯到13世纪的法国。法国当年在建巴黎时时,考虑到要建下水道的问题,有人提议改建地窖作下水道,因为法国人酿酒在当时是每家每户的,几乎每家都有酿酒地窖,由于在地面都有个圆洞作运输地窖的酿酒橡木桶,为避免危险,这些地洞选用圆形的铁饼作沙井盖,一直沿用至今。

3.趣味斑马线

斑马线是我们每天必经的“安全通道”,然而快节奏的现代生活使人们逐渐忽视了它的作用,为此设计师为它们套上了五花八门的“外衣”,使得各种独具创意的斑马线们开始活跃在热闹的都市之中,成为施展创意的绝佳空间。

⑴立体感的彩色斑马线:2008年浙江省台州市椒江区交警部门在市区椒江解放路推出立体感的彩色斑马线。蓝白黄三色相间彩条,使平面的斑马线呈现立体感,带给过往司机一个强烈的视觉刺激作用,增强了对车辆行人的交通警示性。据了解,这种立体感彩色斑马线在国内尚属首次推出。立体斑马线,可以说是利用了人们对立体障碍物的感知。对行人来讲,与其说是对障碍物的恐惧,不如说是对高低感的恐惧,不管是从低到高还是从高到低,都会给人心理上增加负担,带来的效果,就是行人横穿马路会更加谨慎了。贯穿马路的一道一道白色宽带,和地面形成强烈反差,造就了斑马线的黑白分明。而且斑马线十分简单,是作为醒目标志的理想图案。

立体感的彩色斑马线

⑵爱情斑马线:位于成都天仙桥南路的风景优美的合江亭附近。属新城市新风貌建设首创,节假日常有新人来这里拍摄外景,屡屡出现数百对新人扎堆的景象,也不时有新人结伴横穿马路,因此得此首创设计。

爱情斑马线

大胆的创意使严肃、冰冷的白色斑马线换上了新装,大红底色、两颗红心、一句I LOVE YOU,形成一条城市红地毯。。这条“爱情斑马线”的创意来源于网上流传的“爱情需要一条斑马线才安全”,其最初意思为“爱情需要一条斑马线才安全”,寓意保护爱情,避免在爱情的路上发生“交通事故”。

当地人将爱情斑马线取代千篇一律的黑白斑马线,还扩展了爱情斑马线的意思、丰富了内涵:一个是爱情安全意识,一个是人生安全意识。通过这条全国独一无二的红色斑马线表达两层祝福:首先祝福新人牵手终身;同时温馨提醒大家遵守交通规则,给彼此一个安全幸福的约定。爱情斑马线,标示着法律向亲民、时尚、诙谐方向吹风,是普法长征中的一大进步。每至节假日,都会有新人来合江亭拍摄外景,屡屡出现数百对新人扎堆的景象。

⑶对角斑马线

杭州延安路与平海路十字路口,诞生了国内首条对角人行横道线。X型斑马线一亮相,行人纷纷试走,直言方便、人性化、有创意。

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