Лобовое столкновение автомобилей физика

Вот почему при лобовом ударе скорости автомобилей не складываются

Если две машины одновременно движутся на скорости 100 км в час на встречу друг другу и происходит лобовое столкновение, то складываются ли скорости в момент удара?

Среди автолюбителей ходит масса правдоподобных мифов, в которые верит большое количество людей. О многих мифах мы уже не раз писали на страницах нашего издания. Сегодня же мы хотим поговорить о самом распространенном мифе – о складывании скоростей двух автомобилей при лобовом ударе. Давайте развеем этот миф раз и навсегда.

Как-то так повелось, что многие люди считают, что если два автомобиля сталкиваются лоб в лоб, то энергия удара будет соответствовать удвоенной скорости каждого из автомобилей. То есть, как полагают многие автолюбители, чтобы понять, какой силы будет лобовой удар, нужно сложить скорости обоих попавших в ДТП автомобилей.

Чтобы понять, что это миф, и чтобы рассчитать силу лобового удара и последствия для автомобилей, попавших в такую аварию, нужно провести следующее сравнение.

Итак, давайте сравним последствия для автомобилей в разных авариях. Например, каждая машина движется навстречу друг другу со скоростью 100 км/ч, и затем они лоб в лоб сталкиваются друг с другом. Как вы думаете, последствия от лобового удара будут серьезнее, чем от удара в кирпичную стену на той же скорости? Если основываться на распространенном мифе, который уже несколько десятков лет ходит среди людей, только наполовину знающих физику (или вообще не знакомых с ней), то на первый взгляд последствия лобового удара двух автомобилей на скорости 100 км/ч будут более плачевными, чем при ударе автомобиля на той же скорости о кирпичную стену, так как якобы сила лобового удара будет больше из-за того, что скорости машин в этом случае нужно сложить. Но это не так.

На самом деле сила лобового удара двух машин на скорости 100 км/час будет соответствовать той же силе, что и при ударе на скорости в 100 км/час в кирпичную стену. Это можно объяснить двумя способами. Один – простой, который будет понятен даже школьнику. Второй – более сложный, который поймут не все.

ПРОСТОЙ ОТВЕТ

Действительно, полная энергия, которая должна быть рассеяна с помощью смятия металла кузова, вдвое выше при столкновении двух машин лоб в лоб, нежели при ударе одного автомобиля о кирпичную стену. Но при лобовом столкновении увеличивается расстояние смятия металла кузовов обеих машин.

Поскольку изгиб металла – это то место, где идет вся эта кинетическая энергия, то при столкновении двух машин лоб в лоб энергии будет поглощаться в два раза больше, поскольку она будет поглощаться двумя автомобилями, в отличие от удара об кирпичную стену, где кинетическая энергия будет поглощаться одной машиной.

Таким образом, скорость замедления и сила лобового удара на скорости 100 км/час будет примерно той же, что и при ударе на 100 км/час в кирпичную неподвижную стену. Поэтому последствия для двух автомобилей, двигающихся с одинаковой скоростью и столкнувшихся лоб в лоб, будут примерно такими же, как если бы один автомобиль с той же скоростью врезался в неподвижную стену.

БОЛЕЕ СЛОЖНЫЙ ОТВЕТ

Предположим, что автомобили имеют одинаковую массу, одни и те же характеристики деформации и идеально под прямым углом сталкиваются лоб в лоб и не отлетают друг от друга далеко. Допустим, что оба автомобиля остановятся в точке столкновения. Таким образом, двигаясь, например, со скоростью 100 км/час, каждый автомобиль остановится при ударе с 100 до 0 км/час. В этом случае каждый автомобиль будет вести себя точно так же, как если бы каждый из них столкнулся с неподвижной стеной на скорости 100 км/час. В итоге оба автомобиля получат при идеальном лобовом ударе тот же урон, что и при ударе об стену.

Чтобы понять, почему именно одинаковый урон, нужно провести мысленный эксперимент. Для этого представьте, что два автомобиля едут на скорости 100 км/час навстречу друг другу. Но на дороге между ними стоит толстая, очень крепкая неподвижная стена. А теперь представьте, что оба автомобиля одновременно врезаются в эту воображаемую стену с противоположных сторон. Каждый в этот момент одновременно останавливается со 100 км/час до 0 км/час. Поскольку стена на дороге очень прочная, она не передает энергию удара одного автомобиля на другой. В итоге получается, что оба автомобиля ударяются отдельно в стоящую стену, не оказывая влияния друг на друга.

А теперь повторите этот мысленный эксперимент с более тонкой и не очень крепкой стеной, но способной выстоять под ударом. В этом случае, если удар будет одновременно с двух сторон, стена останется стоять на месте. А теперь представьте вместо стены лист прочного куска резины. Поскольку два автомобиля врезаются в него одновременно, лист резины останется стоять на месте, поскольку оба автомобиля будут удерживать резину на одном месте в момент одновременного удара. Но тонкий лист резины не может повлиять на замедление любой машины, поэтому даже если вы уберете лист резины между автомобилями, которые сталкиваются лоб в лоб, каждый автомобиль по-прежнему в момент удара остановится со 100 км/час до 0 км/час, то есть точно так же, как если бы один автомобиль врезался в крепкую неподвижную стену со скоростью 100 км/час.

Одинаковая ли энергия удара и последствия при столкновении со стоящим автомобилем или неподвижной стеной?

Это еще один распространенный миф среди автолюбителей, который связан с тем, что если на скорости, например, в 100 км/час столкнуться со стоящим автомобилем, то сила удара будет точно такой же, как если бы автомобиль на скорости в 100 км/час влетел в неподвижную стену. Но и это не так. Это чистый воды миф, который основан на незнании элементарной физики.

Итак, представим себе ситуацию, что один автомобиль движется со скоростью 100 км/час и на полном ходу сталкивается с точно такой же машиной, стоящей на дороге. В момент удара один автомобиль, продолжая свое движение, будет толкать другой автомобиль. В итоге обе машины отлетят от места столкновения. В момент удара кинетическая энергия будет поглощаться деформацией кузова обоих автомобилей. То есть энергия удара также поделится между двумя автомобилями. В случае же с ударом в неподвижную стену одного автомобиля на скорости в 100 км/час деформация кузова будет только у одного автомобиля. Соответственно, сила удара и его последствия для машины будут больше, чем при ударе на скорости одного автомобиля в другой, который стоит на месте.

Источник статьи: http://1gai.ru/baza-znaniy/poleznoye/521117-vot-pochemu-pri-lobovom-udare-skorosti-avtomobiley-ne-skladyvayutsya.html

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

при лобовом столкновении автомобилей скорость удваивается или нет миф или реальность

Страшно себе представить ситуацию, при которой машина на полной скорости сталкивается с препятствием. Однако, совсем уже запредельные эмоции возникают при лобовом столкновении с таким же движущимся транспортным средством, так как принято считать, что сила удара возрастает многократно.

О том, что при этом происходит с энергиями на самом деле, можно узнать из физики Перельмана, выпущенной в далеком 1933 году. Идя на таран, следует помнить, что сила удара определяется только скоростью самого автомобиля и ее массой. Третий закон Ньютона распространяется на всех участников ДТП. Действие равняется противодействию, а, следовательно, нельзя преобразовать всю энергию в деформацию кузова, если другой объект не оказывает тебе равного противодействия. То есть, скорости не суммируются! Оказывается, результат совершенно не зависит от того, насколько быстро двигалась встречная машина, сила будет такая же, как при ударе о стенку.

Подобный случай Яков Исидорович доходчиво описывал в «Занимательной механике». На страницах книги он описывает опыт, проведенный с магдебургскими полушариями.

Суть его заключалась в том, что для разъединения полушарий были задействованы 2 упряжки, в каждой из которых насчитывалось по 8 лошадей. Однако, такой же результат был достигнут всего одной из них, когда полушарие присоединили к неподвижному препятствию.

Очевидно, что при столкновении с неподвижной машиной результат будет не такой ужасный, как при соприкосновении с массивной стеной, при соприкосновении с которой вся энергия будет растрачена на деформацию транспортного средства. Если в ДТП попали 2 одинаковых автомобиля на скорости, например, в 100 км/ч, то эффект будет таким же, если бы каждый из них с той же скоростью (и не более) въехал в неподвижную стену. В результате они будут отброшены с равной силой в противоположные стороны. При разных массах последствия будут соответствующими, а при равенстве показателей обе машины окажутся в точке соприкосновения.

Очень важным обстоятельством служит тот факт, с чем машина сталкивается. Если это неподвижный объект, то вся энергия уйдет на деформацию, если движущийся — то часть перейдет в кинетическую, из-за которой машины отлетят в стороны.

Для тяжелого кроссовера встреча с легким автомобилем будет не столь катастрофичной, как столкновение с деревом или с опорой моста. Для легкого транспортного средства удар будет куда опаснее, а для машин с одинаковой массой – без разницы. Отправляясь в путь, необходимо проверить давление в шинах, которое должно соответствовать загруженности автомобиля. Это благоприятно скажется на уровне сопротивления качения и расходе горючего.

подписывайтесь на канал и ставьте лайки всем спасибо.

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/id/5a9e7cf779885e54dc5382e9/pri-lobovom-stolknovenii-avtomobilei-skorost-udvaivaetsia-ili-net-mif-ili-realnost-5dca663e8ddf2d1f5dfbe54f