Αναζήτηση στο site

Επαφή

Θάνος Παπασταθόπουλος-Κατσαρός

Αρχική Σελίδα > Ζώνες ασφαλείας και αερόσακοι

Ζώνες ασφαλείας και αερόσακοι

΄Οπως συζητήθηκε και στο άρθρο των τροχαίων ατυχημάτων, οι δυνάμεις που αναπτύσσονται κατά τη σύγκρουση ενός οχήματος που κινείται με μεγάλη ταχύτητα ( $v = 100 km/h \approx 27,8 m/s$ ) είναι τρομακτικές. Στο μικρό χρονικό διάστημα $\delta t \approx 36 ms$ που διαρκεί η σύγκρουση, ολόκληρη η ορμή $M v$ του κινούμενου οχήματος μάζας $M \approx 1500 kg$ μηδενίζεται μέχρι το αυτοκίνητο να ακινητοποιηθεί. Κατά το χρονικό διάστημα αυτό ασκείται στο αυτοκίνητο μία μέση δύναμη $F = \frac{Mv}{ \delta t} \approx 1160000N$ .

Αν θεωρηθεί ότι το αυτοκίνητο ( με εξαίρεση το μπροστινό μέρος φυσικά) δεν συμπιέζεται κατά τη σύγκρουση, τότε είναι προφανές ότι κάθε σημείο του αυτοκινήτου δέχεται την ίδια επιτάχυνση, αφού οι σχετικές τους αποστάσεις δεν αλλάζουν. Η μέση αυτή επιτάχυνση είναι βέβαια ίση με $a = \frac{F} {M} = \frac{v}{ \delta t}$ , η οποία για τα νούμερα που θεωρήσαμε αντιστοιχεί σε $202 g$ .

΄Ενας άνθρωπος μάζας $m = 70 kg$ μέσα στο αυτοκίνητο δέχεται μέσα σε αυτό το μικρό χρονικό διάστημα μία δύνα η $f = ma = \frac{mv}{ \delta t} \approx 54000 N$ που τον κατευθύνει προς το παρμπρίζ, η οποία πρέπει προφανώς να αντισταθμιστεί με κάποιον τρόπο προτού εκείνος τραυματιστεί σοβαρά. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο πρέπει να φοράμε τη ζώνη μας όταν οδηγάμε, γιατί ακριβώς η λειτουργία της ζώνης είναι να μας συγκρατήσει στη θέση μας. Φυσικά η ζώνη πρέπει να είναι κατασκευασμένη από υλικό το οποίο να βρίσκεται σε θέση να συγκρατήσει τη δύναμη $f$ και να ασκήσει μία δύναμη ίσου μέτρου και αντίθετης φοράς (3ος Νόμος του Νεύτωνα) χωρίς να σπάσει.

Πιο συγκεκριμένα, μία άκαμπτη ζώνη ασφαλείας πρέπει σε χρονικό διάστημα $\delta t$ να ασκεί συνεχώς μία δύναμη $f \approx 54000 N$ στον άνθρωπο που τη φοράει ώστε να τον επιβραδύνει από ταχύτητα $v = 27,8 m/s$ σε $v = 0$ . Η δύναμη αυτή είναι ισοδύναμη με το να πιέζει το σώμα του ένα αντικείμενο μάζας περίπου $5,5 tn$ , η οποία εκ πρώτης όψεως φαίνεται θανατηφόρα (φαναστείτε να κάθονται πάνω σας 2 μικροί ελέφαντες!). Στη πραγματικότητα αυτό που μας σώζει είναι το γεγονός ότι η δύναμη αυτή «απλώνεται» πάνω σε όλη την επιφάνεια της ζώνης. Αν αντί για ζώνη υπήρχε ένα λεπτό μεταλλικό σύρμα, η έκβαση θα ήταν πολύ διαφορετική! Αν αναλογισθούμε ότι μία ζώνη έχει μήκος $\approx 1 m$ και πάχος $\approx 6 cm$ , τότε η δύναμη $f$ ισομοιράζεται σε μία επιφάνεια $\approx (100 cm) \ast (6 cm) = 600 cm^2$ . Η δύναμη που ασκείται τότε ανά $cm^2$ γίνεται 600 φορές μικρότερη, που αντιστοιχεί τώρα σε βάρος μόλις $9,2 kg$ !

Στην πράξη βέβαια οι ζώνες ασφαλείας είναι ελαστικές, γεγονός που όπως θα δούμε μειώνει ακόμα περισσότερο τη δύναμη που δέχεται ο άνθρωπος. Για παράδειγμα, έστω ότι λόγω της ελαστικότητας η ζώνη τεντώνεται και καταφέρνει να σταματήσει τον άνθρωπο μετά από χρονικό διάστημα $\delta t = 1 s$ αντί για $36 ms$ . Η μέση δύναμη που ασκεί η ζώνη στον άνθρωπο είναι τότε $f = \frac{mv}{ \delta t} \approx 2 kN$ . Η δύναμη αυτή αντιστοιχεί σε βάρος $\approx 200 kg$ , το οποίο είναι περίπου 100 φορές ικρότερο από την περίπτωση της άκαμπτης ζώνης. Το αντίστοιχο βάρος ανά $cm^2$ είναι τότε μόλις $331 g$ . Μπορείτε επίσης το άρθρο αυτό να το κατεβάσετε από εδώ σε μορφή pdf.

ΥΣ. Το άρθρο αυτό γράφτηκε από τον φοιτητή Τάσο Επιτροπάκη.