4 639 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

При столкновении двух машин скорость

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.

Читать еще:  Принцип работы радиатора печки

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.

При столкновении двух машин скорость

Февраль 17, 2006

03:39 pm — Простенькая задача на столкновение из механики
Помогите, пожалуйста, разобраться с правильными формулировками.

Если два абсолютно жестких тела — допустим, два железных-прежелезных шара массой m1 и m2, катятся друг на друга со скоростями v1 и v2 и ударяются лоб в лоб (угол — 0 градусов), то как рассчитать последствия такого удара для каждого из шаров? Трением и прочими мелочами жизни можно пренебречь.

В моем случае сталкиваются две машины. Допустим, их массы равны. Одна, положим, едет со скоростью 50 км/ч, а другая — 30 км/ч. Столкновение, для начала, лобовое. Часть энергии удара пойдет на деформацию кузова, так что пример сложнее, чем с шариками. Какие силы при этом действуют на каждую машину? Как можно их рассчитать? И если при таком столкновении можно говорить об аддитивности, то об аддитивности чего? Скоростей? Сил? Моментов силы?

Затем — одна, более быстрая, машина наезжает на другую, движущуюся в том же направлении, сзади. Скорости опять же 50 км/ч и 30 км/ч. Массы равны. Какие силы действуют на корпус каждой машины при столкновении?

Меня, собственно, примеры с машинами занимают гораздо больше, чем примеры с шариками, так что если бы вы могли их разобрать, был бы очень признателен. Я понимаю, что задача смехотворная, наверняка из школьного курса физики, но все равно в ней путаюсь. Не научился в свое время механике 🙁

Comments:

С шарами всё просто — классическая задача на абсолютно упругое столкновение. Должен выполняться закон сохранения импульса:

(v1 и v2 — скорости до столкновения, u1 и u2 — после)

и закон сохранения энергии

В случае абсолютно неупругого столкновения (когда они слепятся вместе) тоже запишем закон сохранения импульса и энергии и решим:

(u — скорость после удара, Wдеф — энергия деформации)

Спасибо большое за шары! Теперь возвращаясь к машинам.

Собственно, у меня-то переводческая задача 🙂 В одном медицинском тексте затрагивающем механику автомобильной травмы, на пальцах рассказывается о том, почему наезд на машину сзади не столь опасен, как лобовое столкновение. Вот черновик переведенного физического абзаца, но не нравится он мне страшно:

Когда две машины сталкиваются лоб в лоб, общая сила удара равна сумме двух противонаправленных сил. При наезде сзади обе машины обычно движутся в одну и ту же сторону, одна быстрее другой, поэтому общая сила удара уменьшается. Так, например, лобовое столкновение двух одинаковых машин, движущихся со скоростью 30 и 50 км/ч, высвобождает такую же энергию, как если бы одна из них врезалась в неподвижное препятствие на скорости 80 км/ч. С другой стороны, если машина, движущаяся со скоростью 50 км/ч ударяет сзади в машину, движущуюся в том же направлении со скоростью 30 км/ч, высвобождается всего лишь столько же энергии, как при наезде одной из таких машин на неподвижное препятствие со скоростью 20 км/ч.

Читать еще:  Потек главный тормозной цилиндр ваз 2107

Элементарно, правда? Только вот все отмеченное жирным меня смущает. Есть ли такое понятие, как сила удара и как назвать каждую отдельную силу, из которых складывается сила общая? Правомерно ли в данном случае говорить о высвобождаемой энергии или можно это сформулировать гораздо лучше?

энергия деформации зависит от относительной скорости двух одинаковых машин

кстати о «высвобождает такую же энергию, как если бы одна из них врезалась в неподвижное препятствие»
я бы добавил: «в виде такой же, неподвижно стояшей машины»

Тут тонкость в том, чтобы изложение оставалось доступным и в то же время более-менее верным 🙂 Про такую же неподвижно стоящую машину вы добавили из-за ее упругости? То есть если врежутся в кирпичную стенку, эффект будет другим?

А энергия деформации — это здорово, но мне бы в силы перейти. Энергия деформации будет ведь, скорее определять общую кинетическую энергию системы из двух автомобилей, чем последствия для пассажиров, нет?

да из-за упругости
часть кинетической энергии налетающей машины пойдет на деформацию стоящей, плюс на кинетическую энергию, которую стоящая машина приобретет после столкновения

энергия деформации как раз и скажется на пассажирах
их же зажмет искареженным металлом

хотя при быстрой остановке непрестегнутый пассажир наверняка пробьет головой лобовое стекло

Кстати о силе в инерциальной системе отсчета F=ma
a — ускорение, F — сила

Пусть два одинаковых автомобиля весом 1000 кг сталкиваются лоб в лоб на скорости 72 км/ч = 20 м/с каждая
тогда сила действующая на каждый автомобиль будет примено F= 20000/t Ньютонов.
t (в секундах) — время деформации (от касания двух автомобилей, до того как они замрут окончательно)

>То есть на каждый автомобиль действует только сила другого?
третий закон Ньютона еще никто не отменял

> Собственная скорость автомобиля в этом роли не играет?
как и законы сохранения импулься и энергии

>почему тогда при ударе в зад другой машине сила будет меньше?
есть такое понятие инерциальной системы отсчета (движущейся неускоренно)
то есть вы всегда найдете такую равномерно движущуюся систему отсчета, где полный импульс
системы будет равен нулю
m1v1+m2v2=0
а если машины одинаковы то v1+v2=0

ускорение это разница межу начальной и конечной скоростью деленная на время
если предположить что время деформации одинаково, то чем больше относительная скорость тем больше и сила
се

фактические данные написаны верно, а вот перевод на «бытовой» язык — на то он и бытовой.
Вас правильно смущает.

сила, действующая на одну из машин равна изменению импульса отнесённого к времени удара. В первом приближении время удара можно считать постоянным в разных экспериментах. Так что сила определяется разностью скоростей. Разностью соростей не 2х машин, а разностью скоростей одной машины после удара и до удара. Как найти эти скорости, в случае абсолютно неупрогого удара, Вам вроде выше написали. Тольео надо аккуратно с проекциями обращаться.

То, что написали про относительные скорости — верно, только не туда. Если машины едут навстречу друг другу, то для одной из них это эквивалентно состоянию, когда она бы стояла и на неё налетала другая машина со скоростью 80. Если друг за другом — то со скоростью 20. Естесственно в первом случае это намного опаснее.

Про «высвобождение» энергии. Имеющаяся кинетическая энергия движения машин переходит в энергию деформации (сжатия корпуса, разбиению стекла, и т.п.). В первом случае её переходит больше.

Вот переработанный вариант (заранее прошу прощения, что не обозначаю вектора). Теперь туда?

Любое тело массой m, движущееся со скоростью v, обладает импульсом p, равным произведению массы на скорость (p=mv). Изменение импульса создается силой, но с другой стороны, может и порождать ее. Так, при лобовом столкновении двух одинаковых маших, движущихся до столкновения одна со скоростью 30 км/ч, а вторая со скоростью 50 км/ч и остановившихся после соударения, сила удара создается двумя изменившимися до нуля импульсами mv1 + mv2 = m(v1+v2); то есть на каждую машину воздействует такая же сила, как если бы одна из машин стояла, а другая налетела на нее на скорости 80 км/ч. С другой стороны, если машина, движущаяся со скоростью 50 км/ч ударяет сзади в машину, движущуюся в том же направлении со скоростью 30 км/ч, ее скорость снижается только до скорости ударяемой машины, а поэтому сила удара всего лишь такая же, как если бы на стоящую машину наехала другая на скорости 20 км/ч.

>Изменение импульса создается силой, но с другой стороны, может и порождать ее
я бы не стал обсуждать что первично, сила или изменение импульса. Но если это так принципиально, то суть в том, что сила (та упругая, которая и воздействует на машины) зависит только от взаимного расположения взаимодействующих частей (насколько сжался корпус). Конечное значение сжатия отпределяется энегрией, которая была у тел вначале (вся кин энергия перешла в упругую энегрию сжатия). Ну а если уж нужно посчитать среднюю силу действовавшую на машину за время сжатия — то это надо воспользоваться законом ньютона — изменение импульса за единицу времени есть сила (за промежуток времени — средняя сила).

Читать еще:  Сломался дворник на калине

>и остановившихся после соударения
они не остановятся при соударении, а поедут в сторону большей скорости.

«Так, при лобовом столкновении двух одинаковых маших, движущихся до столкновения одна со скоростью 30 км/ч, а вторая со скоростью 50 км/ч на каждую машину воздействует такая же сила, как если бы одна из машин стояла, а другая налетела на нее на скорости 80 км/ч.»

>ее скорость снижается только до скорости ударяемой машины
тоже нет — её скорость становится такой, как показывают уравнения. это не скорость ударяемой машины

«С другой стороны, если машина, движущаяся со скоростью 50 км/ч ударяет сзади в машину, движущуюся в том же направлении со скоростью 30 км/ч, сила удара всего лишь такая же, как если бы на стоящую машину наехала другая на скорости 20 км/ч.»

если так важны «объяснения», которые я опустил, то стоит сказать, что с точки зрения налетаемой машины (в системе отсчёта, связанной с налетаемой машиной — по «научному»), налетающая летит на неё со скоростью 80 и 20 соответственно (а это понятно из задач для 5 класса по математике про движение по- и против- течения).

как видите, формулы (и обозначения типа p=mv) тут совершенно не нужны, они лишь загромождают рассуждения для понимания человеком, который с этим не знаком, так что использовать их в непрофильном тексте нужно как можно меньше.

Автошкола –
«Чем мы рискуем, не пристегиваясь ремнями безопасности»

– ВЫ КОГДА-НИБУДЬ падали со стула? – спросили меня в лаборатории “Volvo”.

– Однажды, когда ножка подломилась…

– Надеюсь, было не очень больно?

– Нет, но крайне неприятно.

– А если встать на стул ногами и упасть на пол плашмя? Что будет, как вы полагаете?

– Ничего хорошего. Лучше даже не думать об этом.

– А мы рассчитали последствия: вы ударитесь лицом о пол с такой же силой, как стукнулись бы о ветровое стекло, руль или приборную панель машины при лобовом столкновении на скорости 25 км/ч. Неприятно? Но этого легко избежать, если пристегиваться ремнями безопасности…

Вот такая наглядная арифметика. Вольвовцы перевели удары на разных скоростях “в стулья”. Таким образом, у них получилось, что если 25 км/ч соответствует одному стулу, то 40 км/ч – уже девяти. Представляете себе эффект от падения с такой пирамиды?

Все результаты расчетов мы свели в таблицу, для удобства указав эквивалентную высоту падения не в стульях, а в метрах. Обратите внимание, что удар при ДТП на скорости 100 км/ч будет в точности такой же, как при падении на землю с крыши 12-этажного дома!

Понятно, что в этом случае уже ничто не спасет. Но ведь на меньших скоростях человек может выставить вперед руки и тем самым смягчить удар?

– Нет, не получится, – утверждают специалисты. – Сил не хватит!

Для того чтобы понять, почему их не хватит, придется вспомнить школьный курс физики. Не пугайтесь – в минимальном объеме. Масса тела, как известно, величина постоянная. А вот вес – может меняться. Например, принято считать, что человек средней комплекции весит около 70 кг. На самом деле это значит, что масса его тела составляет 70 кг. В состоянии покоя масса равна весу. Но в нашем случае при ударе автомобиля о препятствие находящемуся в машине человеку будет придано значительное отрицательное ускорение (иными словами – замедление), и его вес изменится. Он составит произведение массы на ускорение.

Впрочем, можно не забивать голову законами физики и не искать калькулятор. Специалисты все уже рассчитали. При ударе на скорости 10 км/ч вес 70-килограммового человека возрастет почти до… тонны. Если быть точным, то до 982 кг. Не великовата ли нагрузка на руки? Если же скорость движения вырастет до 40 км/ч, то вес тела при ударе составит 2.453 кг (см. таблицу). Две с половиной тонны руки точно не выдержат…

Кстати, именно поэтому эксперты категорически запрещают в машине держать детей на руках. Масса годовалого ребенка составляет 10-12 кг (это норма). А при лобовом столкновении на 40 км/ч его вес увеличится… в 35 раз. Согласитесь: 350-420 кг ни одна мама в руках не удержит.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector