Перейти к публикации
niger

Немного об авариях, физике и механике

Оцените эту тему

Рекомендованные сообщения

Не секрет, что с безопасностью автомобиля связано множество мифов. В форумах, ЖЖ, и оффлайновых дискуссиях полно советов на тему того, какой автомобиль безопаснее, и как лучше себя вести в аварийной ситуации. Большинство этих советов если не бесполезны, то малоосмысленны — человек советует покупать "пятизвездочный" автомобиль по EuroNCAP, а почему, и что эти звезды значат — объяснить не может. В частности, практически никто не понимает, как "звезды" соотносятся с вероятностью серьёзно пострадать в аварии конкретного типа и при конкретной скорости. Понятно, что чем больше звезд — тем лучше, но насколько это "лучше", и где проходит безопасный предел?

Один из крайне распространенных мифов состоит в том, что очень часто, когда говорят о лобовом ударе автомобилей, скорости этих автомобилей складывают. Вася ехал 60 км/ч, а со встречки на него вылетел Махмуд на 100 км/ч, удар — ну и сами понимаете, что там на 100+60 = 160 км/ч от машин осталось. Это — грубейшая ошибка. Реальная "эффективная скорость удара" для машин обычно будет равна приблизительно средней арифметической скоростей Васи и Махмуда — т.е. около 80 км/ч. И именно эта скорость (а не обывательские 160) и приводит к развороченным автомобилям и человеческим жертвам.

"На пальцах" происходящее можно пояснить таким образом: да, при ударе энергия двух автомобилей суммируется — но и поглощают её тоже два автомобиля, поэтому на каждый автомобиль приходится лишь половина суммарной энергии удара. Корректный расчёт происходящего при ударе доступен даже школьнику, хотя и требует опредёленной смекалки и воображения. Представим себе, что наши автомобили в момент удара скользят по ровному шоссе без сопротивления (учитывая что удар происходит за очень короткое время и действующие на машины силы удара гораздо выше сил трения со стороны асфальта даже при интенсивном торможении это допущение можно считать вполне справедливым). В этом случае движение при ударе будет полностью описываться одной-единственной силой — силой сопротивления сминаемых корпусов металла. Эта сила по 3му закону Ньютона, для обеих машин одинакова, но направлена в противоположные стороны.

Мысленно поставим между машинами тонкий невесомый лист бумаги. Обе силы сопротивления (первой машины и второй) будут действовать "через" этот лист, но поскольку эти силы равны и противонаправлены — то они полностью скомпенсируют друг друга. А стало быть, на протяжении всего удара, наш лист будет двигаться с нулевым ускорением — или, другими словами, с постоянной скоростью. В инерциальной системе координат, связанной с этим листом, обе машины как бы "врезаются" с разных сторон в этот неподвижный лист бумаги — до тех пор, пока не остановятся, либо (одновременно) не отлетят от него. Вспоминаете методику EuroNCAP где машины врезаются в неподвижный барьер? Удар о наш гипотетический "лист бумаги" в нашей специальной системе координат будет равносилен удару о массивный бетонный блок на той же скорости.

Как посчитать скорость листа бумаги? Это довольно просто — достаточно вспомнить механику соударений из школьной программы. В какой-то момент времени оба автомобиля "останавливаются" относительно системы координат листа бумаги (это происходит в то мгновение когда автомобили начинают разлетаться в разные стороны), что позволяет нам записать закон сохранения импульса. Считая массу своего автомобиля m1 и скорость v1, а массу другого — m2 и скорость v2, получаем скорость листа бумаги v по формуле

(m1+m2)*v = m1*v1 — m2*v2

откуда

v = m1/(m1+m2)*v1 — m2/(m1+m2)*v2

Для столкновения в "попутном" направлении скорость второй машины следует считать со знаком "минус".
Относительные скорости машин относительно бумаги (т.е. "эквивалентная скорость удара о бетонный блок") соответственно равны

u1 = (v1-v) = m2/(m1+m2) * (v1+v2)
u2 = (v+v2) = m1/(m1+m2) * (v1+v2)

Таким образом, "эквивалентная скорость" лобового удара действительно пропорциональна сумме скоростей автомобилей — однако берется она с неким "поправочным коэффициентом", учитывающим соотношение масс автомобилей. Для автомобилей равной массы он равен 0.5, т.е. суммарную скорость нужно поделить пополам — что и дает нам упомянутое в начале заметки типичное для подобных аварий "среднее арифметическое". В случае столкновения машин разной массы картина будет существенно иной — "тяжелая" машина пострадает меньше, чем "легкая", причем если различия в массе достаточно велики — то разница будет колоссальной. Это типичная ситуация для аварий класса "влетела легковушка в тяжело груженый грузовик" — последствия такого удара для легковушки близки к последствиям удара на полноценной "суммарной" скорости, в то время как "грузовик" отделывается небольшими повреждениями, т.к. для него "эквивалентная скорость удара" оказывается равной десятой, а то и двадцатой доли суммарной скорости.

Итак — мы научились считать "эквивалентную скорость удара" по очень простой формуле: нужно сложить скорости (для удара в попутном направлении — вычесть), а затем определить, какую долю массы составляет ЧУЖАЯ машина от суммарной массы ваших машин и умножить этот коэффициент на посчитанную скорость. Прикидочные значения коэффициента:

Машины примерно одинаковой весовой категории: 0.5
Малолитражка vs легковушка: малолитражка 0.6, легковушка 0.4
Малолитражка vs джип: малолитражка 0.75, джип 0.25
Легковушка vs джип: легковушка 0.65, джип 0.35
Легковушка vs грузовик: легковушка >0.9, грузовик <0.1
Джип vs грузовик: джип >0.8, грузовик <0.2

Конкретный пример: возьмём аварию в которой погиб Бачинский. Масса его VW Golf составляла, видимо, около 1.3 тонны, масса встречного VW Transporter — не менее 2.0 тонн, суммарная скорость при ударе — около 200 км/ч. Для машины Бачинского это соответствовало удару о неподвижное препятствие на скорости более 2.0/(1.3+2.0)*200 = 120 км/ч; для VW Transporter — менее 80 (при полной загрузке Transporter до массы в 3 тонны — 140 и 60 км/ч)

Другой пример: джип Porshe Cayenne массой 2.5 тонны на перекрестке врезается на скорости 100 км/ч в едва начавший левый поворот Ford Focus II массой 1.3 тонны. Суммарная скорость — 100 км/ч, эквивалентная скорость удара для Cayenne — 35 км/ч, а для FF2 — 65 км/ч.

Пока всё понятно? Тогда едем дальше.

Основная угроза для жизни водителя при ударе определяется (в случае если он пристегнут) деформацией салона автомобиля. Эта деформация, в свою очередь, примерно пропорциональна поглощённой энергии удара. А эта энергия определяется старой доброй формулой "эм вэ в квадрате пополам", т.е. уже для 80 км/ч она будет в 1.5 раза больше "номинальной" энергии EuroNCAP, на 100 км/ч — в 2.5 раза больше, на 120 км/ч — в 3.5 раза больше, на 140 км/ч — почти в 5 раз больше. Поэтому

Реальная безопасность EuroNCAP-овских автомобилей обеспечивается ТОЛЬКО ПРИ ЭФФЕКТИВНОЙ СКОРОСТИ УДАРА МЕНЕЕ 80 КМ/Ч

Иными словами, все что выше 80 — потенциально опасно для жизни НЕВЗИРАЯ НА ТИП АВТОМОБИЛЯ. Горе-гонщиков на дорогих автомобилей реально спасают лишь "понижающие коэффициенты" упомянутые выше — даже при суммарной скорости в 200 км/ч они, как было показано, обычно снизят эффективную скорость существенно более тяжёлой машины до 80 км/ч и менее. Да и тормоза обычно позволяют успеть сбросить хотя бы 20-30 км/ч (а чаще — больше) в последний момент — отсюда и кажущаяся безопасность дорогих джипов. Но при ударе о прочное неподвижное препятствие либо о грузовик все закончится гораздо печальнее. Прочность машины на 100 км/ч — понятие весьма условное! Скорости до 80 км/ч на современных машинах практически безопасны в любой ситуации, но водитель, летящий со скоростью 140+ км/ч — это с большой долей вероятности убийца либо себя, либо другого водителя.

Надо отметить, что с этой особенностью связан характерный миф о "плохой безопасности" легковых машин, особенно малолитражных и отечественного производства. Обычно в его подтверждение приводят красноречивые примеры лобового столкновения подобной машинки с каким-нибудь представительским автомобилем или джипом — но Вы, полагаю, теперь уже догадываетесь, что основной причиной подобного кошмара становится не столько "низкая прочность" этих машин, сколько низкая масса, из-за которой последствия для лёгкой машины заведомо будут в разы сильнее последствий для тяжёлой. Качество реализации пассивной безопасности машины в подобных ударах уже отходит на второй план. Однако во всех других авариях (вылет с трассы, удар о грузовик, удар с примерно таким же автомобилем) ситуация будет далеко не столь драматичной. Для тяжелых авто справедливы прямо противоположные соображения.

Коротко пройдусь по не пристёгнутым ремням безопасности. При ударе о препятствие не пристегнутый человек летит на баранку со скоростью, примерно равной эффективной скорости удара. Скорость, которую набирает человек падающий с пятого этажа здания при ударе о землю — менее 60 км/ч. Выживает примерно половина. Скорость которую набирает человек падающий с девятого этажа — около 80 км/ч. Выживают считанные проценты. Подушки безопасности и удачно выбранная поза позволяют смягчить последствия (сделав выживание на 60 км/ч весьма вероятным, а на 80 — более реальным), но я бы сильно на них не рассчитывал. Буквально плюс 40 км/ч к относительно безопасному значению (которое, как я уже заметил, в типичных авариях ближе к 60) — и Вы гарантированный труп, что бы Вы не делали, и какая бы продвинутая система безопасности у Вас в машине не была. Запас прочности у пристёгнутых гораздо выше — там критической будет плюс 100 км/ч к безопасной скорости, и выйти за эти пределы будет не так просто. В неудачных ситуациях (вылет на обочину или под грузовик) обе цифры следует поделить пополам.
 
А теперь немного о том, как разворачиваются события, когда машина на 80 км/ч врезается в неподвижное препятствие

(ВНИМАНИЕ! Не рекомендуется давать читать данный материал маленьким детям):

Спустя 0,026 секунды

Вдавливается бампер. Сила, в 30 раз превышающая вес автомобиля, останавливает его движение на линии передних сидений, тогда как пассажиры, если они не пристегнуты ремнями безопасности, продолжают двигаться в салоне автомобиля со скоростью 80 км/ч.

Спустя 0,039 секунды

Водитель вместе с сиденьем стремительно продвигается вперед на 15 см.

Спустя 0,044 секунды

Водитель грудной клеткой ломает руль.

Спустя 0,050 секунды

Скорость падает настолько, что на автомобиль и на всех пассажиров начинает действовать сила тяжести, в 80 раз превышающая их собственный вес. (Представьте себе: допустим, 70 кг х 80 = 5600 кг!!!)

Спустя 0,068 секунды

Водитель с силой 9 тонн ударяется о приборный щиток.

Спустя 0,092 секунды

Водитель и сидящий с ним рядом пассажир одновременно врезаются головами в переднее лобовое стекло автомобиля и получают смертельные повреждения черепа.

Спустя 0,100 секунды

Повисший на руле водитель отбрасывается назад; он уже мертв.

Спустя 0,15 секунды

Наступает полная тишина; осколки стекла и обломки железа падают на землю. Место столкновения окутывает облако пыли.Все произошло менее чем за две десятых секунды.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

В общем покупайте авто потяжелее ))) 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

В общем покупайте авто потяжелее ))) 

А почему авто? танк - танк покупать надо  :icon_mrgreen:

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

А почему авто? танк - танк покупать надо  :icon_mrgreen:

tankkonz-1.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете опубликовать сообщение сейчас, а зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, войдите в него для написания от своего имени.

Гость
Ответить в тему...

×   Вставлено в виде отформатированного текста.   Восстановить форматирование

  Разрешено не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отобразить как ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставить изображения напрямую. Загрузите или вставьте изображения по ссылке.

Загрузка...

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.

×
×
  • Создать...