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.
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.
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.
Читая различные комментарии и обсуждения, посвященные произошедшим ДТП с лобовым столкновением автомобилей, очень часто видел заключения диванных экспертов что при лобовом столкновении скорости автомобилей не складываются. Это утверждение никак не укладывалось у меня в голове, поскольку я в школе хорошо учил физику и помню опыты с тележками. Допустим две тележки движутся навстречу друг другу, одна со скоростью 50 км/ч, другая 60 км/ч. Если взять за систему отсчета «землю», то относительно нее тележки движутся со скоростями 50 км/ч и 60 км/ч соответственно. Но направления скоростей противоположные, а скорость – векторная величина. Складывая по правилам эти вектора получаем результирующую скорость сближения 110 км/ч. Казалось бы, это же элементарно, как 2х2, как же можно отрицать столь очевидные вещи? Аналогично, если принять за точку отсчета первую тележку со скоростью 50 км/ч, получается, земля движется относительно нее со скоростью 50 км/ч, а вторая тележка движется в ТУ ЖЕ СТОРОНУ, что и земля, со скоростью 60 км/ч. И опять, при сложении векторов получаем скорость сближения 110 км/ч. Если тележки движутся в попутном направлении, одна со скоростью 120 км/ч, другая со скоростью 40 км/ч, то они столкнутся со скоростью в момент удара, равной 80 км/ч.
Почему же среди малообразованных граждан укоренилось мнение что скорости не складываются? При попытке спросить их, а что же происходит со скоростью, она вычитается, умножается или берется их среднеквадратичная сумма, чаще всего слышен или невразумительный ответ, или, в лучшем случае, приводится какая-нибудь копипаста, вроде этой: https://zen.yandex.ru/media/autoway/pochemu-skorost-pri-lobo.
Даже при беглом просмотре этой писанины, не вникая в сложные и ненужные умопостроения с тонкими резиновыми стенками, в глаза сразу бросаются сразу два грубых противоречия. Автор утверждает что «энергия удара двух автомобилей взаимоскомпенсируется». Но ведь энергия – это скалярная величина, она не бывает с отрицательным знаком и не может взаимоскомпенсироваться в принципе! Если сталкиваются два тела с энергией 4Е и 2Е, и после столкновения их скорости (и, соответственно, энергии) равны нулю, то в месте удара выделится энергия 6Е, а не 2Е, как пытается убедить нас автор этой статьи. Также в конце автор совершенно ни к месту приводит 3 з-н Ньютона, который касается сил. При чем тут силы, если до этого он вел речь про энергии? Сила сама по себе ничего не значит, она может быть сколь угодно большой, но если действует доли секунды, она просто не успеет ничего сделать. Работу совершает энергия! Работу по деформации металла кузова сталкивающихся автомобилей совершает энергия, равная сумме кинетических энергий этих авто. А кинетическая энергия прямо пропорциональна скорости, причем в квадрате! Вспомним всем известную формулу Е=mV^2/2.
Чтобы понять, откуда растут ноги этого бреда, мне пришлось посмотреть те самые передачи «Разрушителей мифов», на которые ссылается автор статьи. Несмотря на тот же ни к месту приведенный 3 з-н Ньютона (очевидно для просвещения малообразованного американского населения и для придания некой «научности» простому зрелищу по разбиванию старых автомобилей), и заявление о том что «энергия ушла в массу» (вероятно, просто корявый перевод), удалось понять ту мысль, которую изначально пытались донести до зрителей авторы этой передачи. И мысль эта звучит так: при столкновении двух ОДИНАКОВЫХ автомобилей на ОДИНАКОВЫХ скоростях, их повреждения будут такими, как если бы КАЖДЫЙ из них въехал на этой же скорости в недеформируемую (бетонную, металлическую) стенку. То есть, если сталкиваются два одинаковых автомобиля на скорости 60 км/ч, их повреждения будут похожими на те, которые они получат каждый, въехав на скорости 60 км/ч в бетонную стену. Вот и все. Рассматривается один лишь строго конкретный частный случай. Ничего про то, что скорости не складываются, там нет. Смысл посыла совершенно другой. Суммарная скорость сближения все равно будет 120 км/ч, не смотря ни на что.
Вот, значит, что. Люди, не отягощенные знаниями физики, восприняли это утверждение не просто буквально, а слишком буквально и упростили его до универсальной фразы «скорости не складываются» которую и талдычат, абсолютно не понимая сути. Дескать, якобы все автомобили, сталкиваясь, будут получать повреждения такие, как будто они ехали на своей скорости, а между тем это не так, об этом говорит даже простой здравый смысл.
Рассмотрим сначала те ограничения и допущения, при которых это утверждение верно.
Во-вторых, скорости сталкивающихся авто должны быть одинаковыми. Если в лобовую столкнутся два ОДИНАКОВЫХ автомобиля, но один на скорости 60 км/ч, а второй при этом просто стоял на месте, то повреждения будут такими как при лобовом столкновении если бы КАЖДЫЙ двигался со скоростью 30 км/ч. То есть, скорость одного автомобиля как бы делится пополам между обоими.
В третьих, характер повреждения при столкновения определяется исключительно по отношению к столкновению с массивной бетонной (или металлической) недеформируемой плитой. Почему именно с плитой? Да, наверное, потому что все краш-тесты и испытания проводятся при столкновении именно с такой плитой (с различным перекрытием и прочими нюансами) и больше сравнивать просто не с чем. Но такая оценка пригодна лишь для очень грубых суждений, поскольку в реальности автомобили с чем только не сталкиваются, но только не с идеальными плитами.
В общем, упрощенное утверждение что «скорости не складываются» соответствует реальности лишь в одном-единственном случае, и то воспроизводимом разве что в лаборатории.
Резюмируя, можно сказать, что на дороге тяжелая 21 волга с прочными малосминаемыми кузовными элементами будет безопаснее малолитражки. Волга, имея большую массу, перераспределит энергию удара в малолитражку, сминая ее элементы безопасности до тех пор, пока не домнет до водителя.
Я написал столько букав исключительно ради безопасности и правильного ее понимания, понимания физики процесса. Чтобы водители не обольщались весокими рейтингами краш-тестов своих автомобилей и не пребывали в ложной уверенности своей безопасности. И уж тем более не вводились в заблуждение фразами что, якобы, «скорости не складываются». Они складываются, еще как складываются.
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?
– 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.
| Скорость автомобиля при ударе (км/ч) | Эквивалентная высота падения (м) | Вес человека в момент удара (кг) |
| 10 | 0,39 | 982,04 |
| 25 | 2,46 | 1.748,6 |
| 40 | 6,30 | 2.453,6 |
| 55 | 11,91 | 3.154,7 |
| 70 | 19,29 | 3.780,9 |
| 85 | 28,44 | 4.349,4 |
| 100 | 39,37 | 4.861,1 |
ИСТОРИЧЕСКИЙ ФАКТ
ПОЧТИ полвека назад – в 1959 году Нильс Болен, сотрудник отдела безопасности компании “Volvo”, изобрел трехточечные привязные ремни. В следующем году они уже появились на конвейере. Ими стала оснащаться модель “Volvo Amazon” (на фото), ставшая первым в мире автомобилем, серийно оборудованным этим средством безопасности. Потом ремни появились на “Volvo PV544”, а чуть позже их взяли на вооружение и другие автопроизводители.
Вклад компании “Volvo” в дело пассивной безопасности был признан столь важным, что в 1985 году патентное бюро Западной Германии назвало автомобильные привязные ремни одним из восьми самых ценных для человечества изобретений, сделанных за последние 100 лет.
Поначалу ремнями оборудовались только места водителя и переднего пассажира. На задних сиденьях они появились лишь в 1967 году, а еще через два года стандартом (и спереди, и сзади) стали инерционные ремни с катушками, фиксирующимися при столкновении.
При столкновении автомобилей меняется
Разговоры на общие автомобильные темы всех участников форумов
Сообщения: 317 Зарегистрирован: 20 май 2008, 00:00 Стаж: 2008 Авто: Audi 80 :
Награды: 1
| Рейтинг: 11 532 |  |
| Репутация: +11 |  |
Благодарил (а): 18 раз Поблагодарили: 21 раз
Сложение скоростей при ДТП. Да или нет? Тема №2
Сообщение sergey987 » 14 фев 2015, 23:31
Да. А вот если 0+80 (т.е. одна машина стоит), то будет 40 как в стену.
Сообщения: 41 Зарегистрирован: 15 янв 2010, 00:00 :
Награды: 1
| Рейтинг: 47 | |
| Репутация: 0 | |
Сообщение wer82 » 18 фев 2015, 13:38
Сообщения: 146 Зарегистрирован: 08 фев 2011, 00:00 Откуда: Тюмень-Исетское Стаж: 2001 Авто: Cee`d SW :
Награды: 1
| Рейтинг: 196 | |
| Репутация: 0 | |
Благодарил (а): 2 раза Поблагодарили: 1 раз
Сообщение max72rus82 » 18 фев 2015, 14:19
Ещё очень важное значение, как уже было отмечено некоторыми форумчанами, имеет величина сминаемого пространства. Если в условиях предыдущей задачки предположить, что сминаемое пространство не 1 метр, а полметра, то и перегрузки будут вдвое сильнее. Именно поэтому столкновение в рамных прочных автомобилях зачастую опаснее, чем в деформируемых.
Сообщения: 685 Зарегистрирован: 28 сен 2014, 00:00 Откуда: Тюмень
| Рейтинг: 3 685 | |
| Репутация: +8 | |
Благодарил (а): 106 раз Поблагодарили: 44 раза
Сообщение Peshik70 » 18 фев 2015, 14:37
Почему кузов современных авто так мнётся при любом столкновении?
Многие автомобилисты жалуются на то, что кузова современных машин совершенно не стойки к ударам, по сравнению с конструкциями старых машин. В интернете множество примеров, где современное авто врезается в старый автомобиль и при этом получает фатальные повреждения, а на старушке только незначительные вмятины. С чем же связан этот феномен, разбирались эксперты.
Прочность и безопасность
Действительно, старые машины, попадая в ДТП, получают меньше кузовных повреждений, но это не делает их безопаснее. Многие водители думают, что чем толще металл на кузове машины, тем она безопаснее. На самом деле всё гораздо сложнее. Ведь кузова современных машин мнутся в авариях не из-за экономии автопроизводителя на железе, а для гашения деформацией силы удара. Сравнительные краш-тесты подтверждают, что старые машины хоть и получают внешне меньше повреждений при столкновении, но при этом люди внутри этого транспорта порой получают травмы, несовместимые с жизнью.
Для чего мнутся кузова?
Кузов современного автомобиля имеет очень сложную конструкцию. При проектировании силового каркаса машины инженеры используют стали разных марок, чтобы обеспечить высокую жёсткость в одних местах, а в других позволить кузову деформироваться. Это необходимо для того, чтобы при лобовом столкновении сминались лонжероны машины, и двигатель уходил под днище, но при этом салон сохранял свою целостность. Сминаясь, металл значительно гасит силу удара, что позволяет водителю и пассажирам отделать лёгким испугом. Также значительно повышают шансы на выживание в ДТП такие элементы, как подушки и ремни безопасности. Естественно, расплатой за это становится сильное повреждение машины.
Но не стоит думать, что старые машины, из-за толстого металла практически не получают повреждений в ДТП. При столкновении автомобиль гасит силу удара всем своим кузовом, что приводит к значительной его деформации. Именно поэтому пострадавших в аварии из старых машин было так тяжело вынимать, ведь двери у неё без лома было не открыть. По этой причине не стоит бояться того, что кузова современных машин сильно деформируются в местах, где это действительно нужно, они очень даже прочные.