Αναζήτηση στο site

Επαφή

Θάνος Παπασταθόπουλος-Κατσαρός

Αρχική Σελίδα > Τροχαία ατυχήματα και μεγάλη ταχύτητα

Τροχαία ατυχήματα και μεγάλη ταχύτητα

Τα τροχαία ατυχήματα πλέον έχουν γίνει καθημερινό φαινόμενο και αποτελούν μία από τις πιο συχνές αιτίες θανάτου. Γιατί όμως είναι τόσο επικίνδυνα; Τι συμβαίνει σε ένα τροχαίο από φυσικής πλευράς; Πώς μπορούμε να προφυλαχτούμε; Αυτά και άλλα πολλά ερωτήματα δημιουργούνται μελετώντας τα τροχαία.

Πάμε να αναλύσουμε το γιατί όταν πέφτουμε πάνω στο αυτοκίνητο σε περίπτωση φρεναρίσματος, ενώ το αυτοκίνητο τρέχει με μεγάλη ταχύτητα, είναι τόσο οδυνηρό. Πρώτα θα εξηγήσουμε τι συμβαίνει σε εμάς όταν είμαστε μόνοι μας στο αυτοκίνητο που τρέχει. Αρχικά, εμείς και το αυτοκίνητο κινούμαστε με την ίδια ταχύτητα. Έστω ότι η ταχύτητά μας είναι $100 km/h\approx 27,8m/s$ . Όταν γίνεται τρακάρισμα, το αυτοκίνητό μας πέφτει πάνω σε έναν τοίχο, σε ένα άλλο αμάξι κλπ, το οποίο σταματάει την κίνηση του αυτοκινήτου μας. Συνεπώς τα άλλα αυτά "αντικείμενα" ασκούν μια δύναμη στο αμάξι μας.

Πάμε τώρα να υπολογίσουμε στο περίπου αυτή την δύναμη. Ο χρόνος ο οποίος απαιτείται για να σταματήσει το αμάξι, είναι ελάχιστος, γύρω στα $0,036$ δευτερόλεπτα και συνεπώς η επιβράδυνση που αποκτάμε είναι τρομερά μεγάλη για να προλάβουμε από μια τόσο μεγάλη ταχύτητα να σταματήσουμε μέσα σε ένα τόσο μικρό χρονικό διάστημα. Ξέρουμε ότι $v = v_{0} - at$ , όπου $v$ η τελική μας ταχύτητα, δηλαδή $0$ στην προκειμένη περίπτωση, $v_{0}$ η αρχική μας ταχύτητα, δηλαδή $27,8m/s$ στην προκειμένη περίπτωση, $a$ η επιβράδυνση που θα αποκτήσουμε και $t$ ο χρόνος μέχρι να σταματήσουμε. Επίσης, μπορούμε εύκολα να καταλάβουμε, ότι το όχημα, εμείς, και ό,τι σχετίζεται με το τρακαρισμένο όχημα, έχει κοινή επιβράδυνση, την επιβράδυνση την οποία θα βρούμε από τον παραπάνω τύπο.

Πάμε να βάλουμε νούμερα. $0 = 27,8 - a \ast 0,036$ . Από εκεί προκύπτει ότι $a \approx 772m/s^2$ . Πρέπει να τονίσουμε εδώ ότι αυτό το νούμερο που βρήκαμε ισχύει για κάθε τρακάρισμα, ανεξαρτήτου μάζας, αφού στον τύπο δεν υπάρχει πουθενά μάζα.

Πώς θα βρούμε όμως τώρα με τι δύναμη "πετάγονται" τα πράματα μέσα στο αμάξι; Ξέρουμε (όλοι!) τον Δεύτερο Νόμο του Νεύτωνα, $F = ma$ , όπου $F$ η δύναμη που ψάχνουμε, $m$ η μάζα του σώματος που θέλουμε να βρούμε την δύναμη που "το πετάει" και $a$ η επιβράδυνσή του. Έστω ότι θέλουμε να βρούμε την δύναμη που "πετάει" ένα μωρό μάζας $8kg$ . Βάζοντας τα νούμερά μας, έχουμε $F = 8 \ast 772=6176N$ . Κάνοντας το ίδιο για έναν άνθρωπο $75kg$ , έχουμε $F = 75 \ast 772=57900N$ .

Πάμε τώρα να μεταφράσουμε αυτή την δύναμη, σε ανάλογη μάζα, δηλαδή πόσο θα μας φαινόταν να ζυγίζει αυτό το μωρό ή αυτός ο άνθρωπος αντίστοιχα, αν τον κρατάγαμε κατά την διάρκεια του ατυχήματος. Ξέροντας ότι το βάρος $w$ το βρίσκουμε από $w=mg$ , όπου $m$ η μάζα και $g$ η επιτάχυνση της βαρύτητας (η οποία συνήθως είναι $9,8m/s^2$ ) και επίσης ότι το βάρος είναι δύναμη και μετριέται σε $N (Newton)$ , μπορούμε να αντικαταστήσουμε και αντί για βάρος να βάλουμε την δύναμη που βρήκαμε και να βρούμε την νέα μάζα του μωρού και του ανθρώπου αντίστοιχα. Δηλαδή για το μωρό, $6176 = m*9,8 \Rightarrow m\approx 630kg$ , και για τον άνθρωπο, $57900 = m*9,8 \Rightarrow m\approx 5908kg$ . Δηλαδή η μάζα του μωρού πολλαπλασιάστηκε και αν το είχαμε στην αγκαλιά μας σίγουρα θα μας έφευγε από τα χέρια. Για τον άνρθωπο δε, δεν το συζητάμε καν...

Πάμε τώρα να δούμε πόσα $N$ δύναμη μας ασκείται εμάς όταν πέφτουμε πάνω στο παρμπρίζ, γιατί αυτό που έχουμε υπολογίσει μέχρι στιγμής είναι με τι δύναμη "πετιέται" το μωρό ή ο άνθρωπος. Η ταχύτητά μας παραμένει στα $100km/h$ ακόμα μέχρι να πέσουμε στο παρμπρίζ, και η δύναμη που θα μας ασκηθεί για να σταματήσουμε θα μας την ασκήσει το παρμπρίζ. Άρα χρησιμοποιώντας πάλι τον παραπάνω τύπο, $v = v_{0} - at$ , μπορούμε να βρούμε πάλι τι επιβράδυνση θα έχουμε μέχρι να μας σταματήσει και το παρμπρίζ. Αυτή την φορά όμως, ο χρόνος που θα περάσει μέχρι να σταματήσουμε θα είναι λίγο μικρότερος, επειδή το παρμπρίζ δεν βαθουλώνει όπως το αμάξι, ας πούμε δηλαδή ότι θα είναι περίπου ο μισός, $0,018$ δευτερόλεπτα. Βάζοντας τα νούμερα, έχουμε $0 = 27,8 - a \ast 0,018$ και βρίσκουμε ότι η επιβράδυνση $a \approx 1544m/s^2$ . Χρησιμοποιώντας πάλι τον Δεύτερο Νόμο του Νεύτωνα, $F=ma$ , μπορούμε να βρούμε πόση δύναμη μας ασκεί το παρμπρίζ. Για το μωρό θα ισχύει $F=8 \ast 1544=12352N$ και για τον άνθρωπο $F=75 \ast 1544=115800N$ . Πάλι με την ίδια διαδικασία, $w=mg$ , μπορούμε να βρούμε το αποτέλεσμα αυτής της δύναμης, δηλαδή αυτή η δύναμη με πόση μάζα θα ισούτο αν αυτή η μάζα έπεφτε πάνω μας. Για το μωρό $12352=m*9,8 \Rightarrow m\approx 1260kg$ και για τον άνθρωπο $115800=m*9,8 \Rightarrow m\approx 11816kg$ . Δηλαδή το μωρό θα νιώσει σαν να πέφτει πάνω του μισός τόνος... Ο άνθρωπος, μάλλον γίνεται κομματάκια...

Για να μπορέσουμε να προστατευτούμε, χρησιμοποιούμε συνήθως την ζώνη ή τους αερόσακους. Αυτά τα δύο σπουδαία μέτρα προστασίας τι κάνουν στην ουσία; Επιβραδύνουν την επιβραδυνόμενη κίνησή μας, δηλαδή μεγαλώνουν τον χρόνο, με αποτέλεσμα να μικραίνει η επιτάχυνσή μας, με συνέπεια να μικραίνουν και οι δυνάμεις. Επίσης η ζώνη "απλώνει" και την δύναμη σε μεγαλύτερη επιφάνεια και τα αποτελέσματα είναι λιγότερο οδυνηρά. Περισσότερα για την ζώνη ασφαλείας μπορείτε να βρείτε εδώ. Μπορείτε επίσης το άρθρο αυτό να το κατεβάσετε από εδώ σε μορφή pdf.