Τροχαία ατυχήματα και μεγάλη ταχύτητα. Δείτε με την επιστημονική εξήγηση της Φυσικής πώς η μεγάλη ταχύτητα σκοτώνει!

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 . 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  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 , όπου  η τελική μας ταχύτητα, δηλαδή    στην προκειμένη περίπτωση,  η αρχική μας ταχύτητα, δηλαδή  στην προκειμένη περίπτωση,  η επιβράδυνση που θα αποκτήσουμε και  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.  . Από εκεί προκύπτει ότι  . 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, , όπου  η δύναμη που ψάχνουμε,  η μάζα του σώματος που θέλουμε να βρούμε την δύναμη που "το πετάει" και  η επιβράδυνσή του. Έστω ότι θέλουμε να βρούμε την δύναμη που "πετάει" ένα μωρό μάζας . Βάζοντας τα νούμερά μας, έχουμε  . Κάνοντας το ίδιο για έναν άνθρωπο , έχουμε  .

    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  το βρίσκουμε από   , όπου  η μάζα και  η επιτάχυνση της βαρύτητας (η οποία συνήθως είναι  ) και επίσης ότι το βάρος είναι δύναμη και μετριέται σε , 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, , και για τον άνθρωπο,  . Δηλαδή η μάζα του μωρού πολλαπλασιάστηκε και αν το είχαμε στην αγκαλιά μας σίγουρα θα μας έφευγε από τα χέρια. Για τον άνθρωπο δε, δεν το συζητάμε καν...

    Πάμε τώρα να δούμε πόσα  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  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, , 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,  δευτερόλεπτα. Βάζοντας τα νούμερα, έχουμε  και βρίσκουμε ότι η επιβράδυνση  . Χρησιμοποιώντας πάλι τον Δεύτερο Νόμο του Νεύτωνα,   , μπορούμε να βρούμε πόση δύναμη μας ασκεί το παρμπρίζ. Για το μωρό θα ισχύει    και για τον άνθρωπο     . Πάλι με την ίδια διαδικασία,  , 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  και για τον άνθρωπο . 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.

Ζώνες ασφαλείας και αερόσακοι

Όπως είδαμε παραπάνω, οι δυνάμεις που αναπτύσσονται κατά τη σύγκρουση ενός οχήματος που κινείται με μεγάλη ταχύτητα () είναι τρομακτικές. Στο μικρό χρονικό διάστημα  που διαρκεί η σύγκρουση, ολόκληρη η ορμή   του κινούμενου οχήματος μάζας  μηδενίζεται μέχρι το αυτοκίνητο να ακινητοποιηθεί. Κατά το χρονικό διάστημα αυτό ασκείται στο αυτοκίνητο μία μέση δύναμη   .

    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 , η οποία για τα νούμερα που θεωρήσαμε αντιστοιχεί σε  .

    ΄Ενας άνθρωπος μάζας  μέσα στο αυτοκίνητο δέχεται μέσα σε αυτό το μικρό χρονικό διάστημα μία δύναμη  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   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   να ασκεί συνεχώς μία δύναμη  στον άνθρωπο που τη φοράει ώστε να τον επιβραδύνει από ταχύτητα  σε . Η δύναμη αυτή είναι ισοδύναμη με το να πιέζει το σώμα του ένα αντικείμενο μάζας περίπου, η οποία εκ πρώτης όψεως φαίνεται θανατηφόρα (φανταστείτε 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  και πάχος , τότε η δύναμη   ισομοιράζεται σε μία επιφάνεια  . Η δύναμη που ασκείται τότε ανά  γίνεται 600 φορές μικρότερη, που αντιστοιχεί τώρα σε βάρος μόλις !

    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   αντί για  . Η μέση δύναμη που ασκεί η ζώνη στον άνθρωπο είναι τότε  . Η δύναμη αυτή αντιστοιχεί σε βάρος , το οποίο είναι περίπου 100 φορές μικρότερο από την περίπτωση της άκαμπτης ζώνης. Το αντίστοιχο βάρος ανά είναι τότε μόλις  .

Περισσότερα χρήσιμα θέματα εδώ.

Πηγή