Что происходит с автомобилем при столкновении на большой скорости
При столкновении двух транспортных средства происходит удар. Удар характеризуется резким изменением скоростей за очень маленький промежуток времени. При этом происходит воздействие довольно больших сил. В нашей статье мы и расскажем Вам, что происходит с автомобилем при столкновении на большой скорости.
Физика процесса столкновения
При столкновении автомобилей все происходит молниеносно, в течение долей секунд. В результате столкновения происходит деформация, а иногда и полное разрушение автомобилей. Основными факторами, которые влияют на степень разрушения, являются конструкция автомобиля и его скорость. По линии удара действует ударный импульс. Направление линии удара во время столкновения автомобилей зависит и от направления, и от скорости движения. Если автомобили двигаются с разными скоростями, то линия удара пройдет под меньшим углом к оси автомобиля с большей скоростью.
Энергия, которая образуется при столкновении.
Рассмотрим столкновение автомобиля с каким-либо препятствием. Здесь можно выделить 2 этапа: момент соприкосновения, длящийся до момента наибольшего сближения; и момент перемещения автомобиля, длящийся до их разъединения.
На первом этапе кинетическая энергия движения автомобилей переходит частично в потенциальную энергию упругой деформации, в тепловую энергию, и др.
На втором этапе потенциальная энергия упругой деформации уже преобразуется снова в кинетическую энергию автомобиля. Если рассматривать совершенно неупругие тела, то удар обычно заканчивается на первом этапе. Мы сможем наблюдать продолжение совместного движения как одного целого и с одинаковой скоростью.
Во всем мире инженеры изучают последствия лобовых столкновений легковых автомобилей. Существуют специальные полигоны. На таких полигонах испытывают автомобили на столкновения. Значительные повреждения получают обычно узлы и детали передней части: бампер, капот, крылья, радиатор. Такие повреждения происходят в считанные доли секунд.
Даже если автомобиль движется с умеренной скоростью, кинетическая энергия его велика. При ударе автомобиля в неподвижную прочную стену большой массы, поглощается вся энергия удара. Жесткая стена практически не подвергается деформации. При лобовом столкновении двух одинаковых легковых автомобилей весом по 1800 кг на скорости 50 км/ч получим эффект аналогичный удару о неподвижную стену. А если один автомобиль движется медленнее другого, то суммарная энергия, которая выделяется при столкновении, будет меньше, чем в предыдущем случае. Автомобиль же с меньшим весом или движущейся с меньшей скоростью получит большую энергию, чем та, которой он обладал к моменту столкновения.
Кинетическая энергия при движении автомобиля в момент столкновения превращается в механическую энергию. При столкновении сила удара будет уменьшена в том случае, если автомобиль или его деталь после удара переместятся на возможно большее расстояние. Качество легкового автомобиля для безопасности пассажиров определяется способностью его поглощать энергию удара. Должна быть обеспечена возможность автомобиля после столкновения пройти такое расстояние, которое ограничивало бы воздействие на водителя и пассажиров. И водитель, и пассажиры после мгновенной остановки в результате столкновения автомобиля еще продолжают двигаться, сохраняя скорость движения. В эти мгновения и получают водитель и пассажиры травмы со смертельным исходом. Это и удар головой о ветровое стекло, и удар грудью о рулевое колесо.
Имейте в виду, что при скорости уже в 100 км/ч результаты от удара будут иметь самые плачевные последствия для людей, находящихся в автомобиле. Проводились неоднократные испытания. Трудно вообразить, какой должна быть «безопасная» конструкция автомобиля, позволяющая поглотить такую огромную энергию и еще и гарантировать безопасность для людей в автомобиле.
Главное для водителя предотвратить лобовое столкновение. Именно лобовое столкновение приводит к наибольшим разрушениям кузова автомобиля. При лобовом столкновении вероятность получения тяжелых травм водителю и пассажирам многократно увеличивается.
1. Во избежание лобового столкновения, следует постараться направить автомобиль в сторону от дороги. Это может быть кювет, кустарник, сугроб, и т.д. Не забывайте, что пологие откосы, а также мелкий кустарник, и сугробы менее опасны при наезде, чем большие деревья, столбы или стена.
2. Не забывайте, что удары, полученные по касательной или сзади, даже съезд с дороги с опрокидыванием менее опасны, чем лобовое столкновение.
3. Если произошел неожиданный выезд встречного автомобиля Вам в лоб, или в непосредственной близости от Вашего автомобиля, то фронтальному удару лучше предпочесть удар по касательной или столкновение с попутным автомобилем.
4. Аналогично можно посоветовать и в ситуациях, когда на дороге появляется крупное животное. Если у Вас нет возможности избежать такого столкновения, то, поверьте, лучше уж сбить животное, чем удариться о неподвижное препятствие, которым может быть дерево или столб. Последствия могут быть более драматичными.
5. При ударе в бок, в середину кузова, автомобиль будет подвержен большей деформации, нежели при фронтальном столкновении. Кузов автомобиля в поперечном направлении обладает меньшей жесткостью. А это приводит к тяжелым травмам водителя и пассажиров автомобиля, в бок которого произошел удар.
6. Если Вы не сразу заметили приближающийся сбоку автомобиль, а остановка Вашего авто неизбежно приведет к столкновению, то нужно наоборот, увеличивая скорость, попытаться уклониться от столкновения.
7. Для того чтобы уменьшить последствия столкновения, нужно постараться перевести боковое столкновение в заднее или столкновение с ударом по касательной.
8. Если не избежать бокового удара. То нужно постараться уйти от удара в середину кузова. Для этого нужно поставить автомобиль таким образом, чтобы удар пришелся или на переднюю, или на заднюю его часть. Лучше будет, если удастся поставить автомобиль под острым углом к ударяющему автомобилю.
9. Если происходит неожиданный выезд транспортного средства с второстепенной дороги, то следует также предпочесть удар по касательной боковому удару. А для этого Вам необходимо повернуть руль в сторону его движения. Правда это возможно в том случае, когда есть свободное пространство и нет встречного транспорта.
10. Если Вам не избежать бокового столкновения с грузовым автомобилем, то необходимо обязательно избежать удара в его бензобак. Иначе может быть пожар.
11. Столкновение с ударом сзади чаще всего происходит, если Вам приходится быстро сбросить скорость или остановиться. Водитель транспортного средства, который едет за Вами не успевает так быстро снизить скорость или остановиться. Чаще всего это бывает тогда, когда не соблюдается дистанция между автомобилями или из-за невнимательности водителя.
12. Если Ваш автомобиль стоит, но есть опасность удара сзади, то можно уменьшить последствия столкновения, если удастся проехать вперед либо освободить полосу движения. Если впереди нет транспортных средств, то в момент удара лучше не тормозить.
13. Если есть опасность удара Вашим автомобилем в заднюю часть движущегося перед Вами автомобиля, то постарайтесь, чтобы удар пришелся не по центру.
Итак, в нашей статье, «Что происходит с автомобилем при столкновении на большой скорости», мы рассказали Вам не только, что может произойти при столкновении автомобилей, но и дали Вам рекомендации, как уменьшить последствия такого столкновения.
Источник статьи: http://www.autoshcool.ru/1740-chto-proisxodit-s-avtomobilem-pri-stolknovenii-na-bolshoj-skorosti.html
Коварство кинетической энергии при движении автомобиля
Многие будут удивлены названием статьи. Для многих движение на автомобиле доставляет огромное удовольствие. Они едут и ни о какой кинетической энергии и не думают. Они едут и балдеют, а потом неожиданно – бац! – автомобиль вылетел с кювет, опрокинулся, столкнулся с чем-то. Горе-водители понять не могут, как такое могло произойти. Ехали, вроде, нормально, ну и что, что быстро? А часто от балдения и происходят неприятные сюрпризы, это мягко сказано.
Вот едет автомобиль по дороге. Скорость автомобиля приличная. Но дорога хорошая, асфальтированная, и, вроде, не предвещает беды. Но вдруг автомобиль теряет управляемость, он начинает скользить прямо на сторону встречного движения, а там, как на беду, – встречный автомобиль. Происходит столкновение, а лобовое столкновение редко обходиться без жертв. Как потом выясняется, что водитель, который потерял контроль над автомобилем, был опытным. Так почему его вынесло на встречную полосу?
Значит водитель, несмотря на свой опыт, что-то не знал, что-то не учёл или не понял. Когда автомобиль движется, то на него действуют следующие силы: сила инерции, сила тяги, сила сцепления колёс с дорогой, сила сопротивления воздуха и многие другие силы. Но, самое главное, при движении автомобиля возникает кинетическая энергия. Чем больше масса автомобиля и его скорость, тем больше кинетическая энергия. Вот эта энергия и является виновницей всех бед. Это как раз многие водители и не понимают. Возможно, они, где то, и слышали про эту энергию, но не предавали значения. А зря!
Так в чём же опасность этой кинетической энергии? А опасность – это потеря контроля над кинетической энергией. Чем больше вышедшая из-под контроля кинетическая энергия, тем больше будут последствия, которые могут быть ужасными. Многим это не понятно: как это кинетическая энергия может привести к ужасным последствиям?
Кинетическая энергия при торможении переходит в силу инерции, а при повороте – в центробежную силу. Чем интенсивнее торможение, тем и больше сила инерции. Чем круче поворот, тем больше центробежная сила. Центробежная сила – это та же сила инерции, которая возникает при движении транспорта по круговой траектории. Но если сила инерции окажется больше за силу сцепления колёс с дорогой, то автомобиль начинает скользить, причём туда, куда направляет его сила инерции, и автомобиль становиться неуправляемым. Но если на пути неуправляемого автомобиля оказывается дерево, то сила инерции очень резко возрастает. Дерево остановит автомобиль, но он будет разбит. Но чем больше скорость автомобиля на момент столкновения с деревом, тем больше будет сила инерции и тем больше будет разбит автомобиль. При столкновении в дерево при маленькой скорости (со скоростью пешехода или меньшей) кинетическая энергия будет небольшой, значит и сила инерции будет небольшой, тогда и последствия также будут небольшими: погнёт бампер, может фару разбить, но в основном автомобиль будет цел.
Как удерживать кинетическую энергию под контролем? Одно из условий – не допускать превышения силы тяги, которая подаётся на ведущие колёса, над силой сцепления этих же ведущих колёс с дорогой. А кинетическая энергия может выйти из-под контроля даже тогда, когда автомобиль движется равномерно и прямолинейно. Почему так происходит? Потому что, для увеличения скорости необходимо увеличивать и тягу. А при увеличении скорости – особенно при больших скоростях – коэффициент сцепления колёс с дорогой уменьшается.
Дорога не идеально ровная, а состоит из микро впадин и выступов, которые колесо обхватывает при движении. Но при больших скоростях пятно контакта колеса не успевает полностью обхватить эти выступы и впадины, вот поэтому коэффициент трения колеса с дорогой снижается. Вот и получается, что на больших скоростях сила тяги может подойти к черте, где она может равняться силе трения колёс с дорогой. И малейшая неожиданная ситуация: автомобиль попал ещё не на высохший участок дороги, или дорога чуть-чуть пошла на подъём и водитель добавил газ – сила тяги может оказаться больше за силу трения колёс, и автомобиль может оказаться неуправляемым. А на таких скоростях всё происходит очень быстро. Конечно, дерево автомобиль остановит, но какие будут последствия.
Особенно опасно это зимой, когда дороги покрываются снегом и становятся скользкими. И какой бы ни опытный был бы водитель, если он допустит превышение силы тяги ведущих колёс над силой сцепления колёс с дорогой – влетит только так. Поэтому зимой на скользких дорогах особенно опасны обгоны. Даже на небольшой скорости существует опасность заноса или сноса автомобиля.
Второе условие удерживать под контролем кинетическую энергию – это при торможении не допускать блокировки колёс. Сейчас современные автомобили оснащаются ABS – антиблокировочная система колёс, которая не допускает блокировку колёс при экстренном торможении и, таким образом, контролирует действие кинетической энергии.
Но осталось много автомобилей, не оборудованные системой ABS. Водители этих автомобилей должны научиться при торможении не блокировать колёса, так как блокированные колёса увеличивают тормозной путь. В этом случае не нужно нажимать педаль тормоза в полную силу. Надо учиться чувствовать автомобиль при торможении: крутятся колёса или машина скользит. Этому можно научиться – было бы желание. Но лучше всего – не допускать ситуации экстренного торможения.
Третье условие удерживать кинетическую энергию под контролем – центробежная сила при повороте не должна превышать силу трения колёс. Другими словами – чем круче поворот, тем меньше должна быть скорость. Иначе автомобиль не удержится на траектории поворота. На скользкой дороге резкие повороты опасны.
В любом случае законы физики не спрашивают у водителя, какой его опыт вождения, и сами по себе к аварии не приводят – они просто действуют. Вина ложится только на водителя: превысил скорость на скользкой дороге – законы физики сработали не в пользу водителя – и вот на тебе: или лобовое столкновение, или вылет в кювет. Законам физики всё равно, как срабатывать: сила тяги стала больше за силу сцепление – пробуксовка колёс, сила тяги меньше за силу сцепления – нет пробуксовки колёс. Если при повороте возникшая центробежная сила меньше за силу трения колёс с дорогой – автомобиль удержится на траектории, а если больше – то не удержится, а вылетит в кювет. Вот и всё! И ничего здесь мудрого нет. И какой бы ни был опытный водитель, если он не «дружит» с законами физики, то шанс попасть в неприятную историю велик.
И ещё. Во многих странах – миллионы водителей и автомобилей. Большинство водителей не попадают в дорожно-транспортные происшествия. Если было бы наоборот, то на улицах сплошь и рядом стояли бы битые автомобили. Среди этого большинства есть и молодые неопытные водители. Возникает вопрос: почему эти неопытные водители не попадают в ДТП? Трудно поверить, что они все ездят по принципу: тише едешь – дальше будешь. Конечно, не без этого, но всё равно ездят и быстро. Может они ездят аккуратно, то есть, где можно прижать – прижал, где нельзя – сбавил ход. А если бы все водители ездили аккуратно, то может и аварии были бы редкостью? Очень интересный вопрос, не правда ли?
Источник статьи: http://pdd-koleso.ru/kovarstvo-kineticheskoj-energii-pri-dvizhenii-avtomobilya/
Занимательная физика. Что происходит с машинами и водителями при столкновении, и правда ли, что внедорожник «безопаснее» легковушки?
Не секрет, что с безопасностью автомобиля связано множество мифов. В форумах, ЖЖ и офлайновых 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, как, собственно, и что эти звезды значат — объяснить не может. В частности, практически никто не понимает, как «звезды» соотносятся с вероятностью серьезно 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? Пользователь LiveJournal 0serg посчитал, как, на чем и куда безопаснее врезаться, и разбил в пух и прах теорию EuroNCAP-овских «звезд».
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 Петя на скорости 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 Пети — 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 ее тоже два автомобиля, поэтому на каждый автомобиль приходится лишь половина суммарной энергии удара. Корректный расчет происходящего при ударе доступен даже школьнику, хотя и требует определенной смекалки и воображения. Представим себе, что 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 3-му 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 противонаправленны, то они полностью компенсируют 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 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 одного автомобиля m1 и скорость v1, а другого — m2 и скорость v2, получаем скорость листа бумаги v по формуле
(m1+m2)*v = m1*v1 — m2*v2
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 — разница будет колоссальной. Это типичная ситуация для аварий класса «влетела легковушка в 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 доле 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 0.8, грузовик —>
Источник статьи: http://auto.tut.by/news/offtop/353169.html