Ο διπλασιασμός της ταχύτητας ενός οχήματος σε έναν αυτοκινητόδρομο διπλασιάζει μόνο τη δύναμη πρόσκρουσης ενός ατυχήματος;

Ναι, ο διπλασιασμός της ταχύτητας ενός οχήματος σε αυτοκινητόδρομο διπλασιάζει μόνο τη δύναμη πρόσκρουσης ενός ατυχήματος.

Όλοι έχουμε δει τις υπερπαραγωγές του Χόλιγουντ όπως το Bad Boys 2 και το Fast and the Furious franchise, οπότε γνωρίζουμε ένα καλό τροχαίο ατύχημα όταν βλέπουμε ένα. Ωστόσο, στην πραγματική ζωή, τα τροχαία ατυχήματα προκαλούν μεγάλες απώλειες ζωών και είναι εξαιρετικά δαπανηρά σε όλο τον κόσμο!

Εκατομμύρια τροχαία ατυχήματα συμβαίνουν σε αυτόν τον πλανήτη, που κυμαίνονται από καμπύλες φτερών στα φανάρια έως τεράστιες στοιβάδες σε αυτοκινητόδρομους στους ολισθηρούς δρόμους του χειμώνα. Πιθανότατα έχετε δει ή ακούσει για εκατοντάδες τροχαία ατυχήματα στη ζωή σας και μπορεί να έχετε εμπλακεί και εσείς σε ένα.

Ένα πράγμα που παρατηρώ πάντα είναι πόσο πιο σοβαρά φαίνεται να είναι τα ατυχήματα στους αυτοκινητόδρομους έναντι των αστικών ατυχημάτων. Και οι δύο είναι τρομεροί, μην με παρεξηγήσετε, αλλά τα ατυχήματα στους αυτοκινητόδρομους φαίνεται να είναι πολύ πιο καταστροφικά από τα αστικά ατυχήματα.

Γιατί είναι αυτό;

Όπως πάντα… Η φυσική μπαίνει στο παιχνίδι

Κάθε φορά που μιλάμε για κινούμενα αντικείμενα, από γαλαξίες δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά έως ένα μάρμαρο που κινείται σε ένα τραπέζι, η γλώσσα που χρησιμοποιούμε είναι η φυσική. Επομένως, όταν συζητάμε για τροχαία ατυχήματα, δεν υπάρχει τρόπος να αποφύγετε να κάνετε λίγο μαθηματικά – ή τουλάχιστον να κατανοήσετε μερικά!

Όταν οδηγείτε ένα αυτοκίνητο, κινείστε προς τα εμπρός με μια συγκεκριμένη ταχύτητα λόγω μεταβαλλόμενης επιτάχυνσης και πέδησης. Επομένως, ένα αυτοκινητιστικό ατύχημα οποιουδήποτε είδους αφορά πρωτίστως τον Τρίτο Νόμο της Κίνησης του Νεύτωνα και την αρχή της ενέργειας της εργασίας. Το μέγεθος της δύναμης που βιώνει το αυτοκίνητο και το σώμα σας με βάση αυτούς τους νόμους και τις αρχές καθορίζει πόσο κίνδυνο βρίσκεστε.

Ο Τρίτος Νόμος του Νεύτωνα δηλώνει ότι για κάθε δράση, υπάρχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση. Όταν τρυπάς έναν τσιμεντένιο τοίχο, πονάει το χέρι σου γιατί ουσιαστικά ο τσιμεντένιος τοίχος τρύπησε πίσω!

Σε μια σχετική σημείωση, η αρχή της ενέργειας εργασίας δηλώνει ότι η εργασία που γίνεται σε ένα αντικείμενο ισούται με την αλλαγή στην κινητική του ενέργεια. Όταν ο τοίχος αλλάζει την ποσότητα ενέργειας της γροθιάς σας που κινείται προς τα εμπρός, κάνει ίση ποσότητα «δουλειά» στις αρθρώσεις σας.

Τώρα, όταν εφαρμόζουμε αυτές τις γενικές έννοιες σε ένα κινούμενο αυτοκίνητο που χτυπά ένα αντικείμενο (άλλος οδηγός, διάμεσος, κολόνα φωτισμού), αρχίζουμε να καταλαβαίνουμε τι ακριβώς μπορεί να κάνει ένα τροχαίο ατύχημα.

Για να αναλύσουμε αυτό το παράδειγμα, πρέπει πρώτα να εξετάσουμε την κινητική ενέργεια με την οποία κινείται το αυτοκίνητο. Η εξίσωση για την κινητική ενέργεια για το αυτοκίνητο είναι:

Το αντικείμενο που σταματά αυτό το αυτοκίνητο θα πρέπει να κάνει κάποια εργασία που θα πρέπει να είναι ισοδύναμη με την Κινητική Ενέργεια του αυτοκινήτου. Τώρα αν το αυτοκίνητο σταματήσει σε απόσταση «d» (μετά τη σύγκρουση), τότε η εξίσωση για τη δύναμη είναι:

Όταν συνδέουμε τις μεταβλητές ενός μέσου αυτοκινήτου, με μάζα περίπου 1,6 τόνους, διαπιστώνουμε ότι δημιουργείται μεγάλη δύναμη ακόμη και από οχήματα που κινούνται αργά.

Φανταστείτε ένα αυτοκίνητο να κινείται με 30 mph (περίπου 50 km/h) και να χτυπά έναν τοίχο, να τσαλακώνεται και να σταματά μετά από ένα πόδι. Ας υποθέσουμε ότι το αυτοκίνητο ζυγίζει 3200 λίβρες (περίπου 1450 κιλά). Υπολογίζοντας την αρχική κινητική ενέργεια του αυτοκινήτου και τη δύναμη που απαιτείται από έναν τοίχο/δέντρο/οδηγό για να σταματήσει ένα αυτοκίνητο, διαπιστώνουμε ότι η συνολική δύναμη αυτής της πρόσκρουσης είναι περίπου 48 τόνοι ανά τετραγωνικό πόδι.

Εάν έχετε μετωπική σύγκρουση με άλλο αυτοκίνητο που κινείται με την ίδια ταχύτητα, αλλά από την αντίθετη κατεύθυνση, τότε η κινητική η ενέργεια διπλασιάζεται (γιατί και το άλλο αυτοκίνητο έχει την ίδια κινητική ενέργεια) και έτσι η δύναμη διπλασιάζεται. Σε αυτήν την περίπτωση, ο συνολικός αντίκτυπος είναι περίπου 96 τόνοι ανά τετραγωνικά πόδια .

Η εθνική οδός είναι ένα επικίνδυνο μέρος

Όταν οδηγείτε σε αστική ή κατοικημένη περιοχή, σπάνια βλέπετε όριο ταχύτητας πάνω από 40 mph (περίπου 60 km/h), κάτι που βοηθά στη μείωση των ατυχημάτων και της σοβαρότητας του ατυχήματος. Όταν κινούμαστε πιο αργά και συνήθως σε πιο αργή κίνηση, οι χρόνοι αντίδρασής μας δεν χρειάζεται να είναι τόσο γρήγοροι και είμαστε πιο αφοσιωμένοι λόγω συνεχούς δραστηριότητας (φώτα στάσης, σηματοδότηση, ανάγνωση πινακίδων κ.λπ.)

Σε έναν αυτοκινητόδρομο, όταν τα όρια ταχύτητας ανεβαίνουν μέχρι τα 80 mph (περίπου 130 km/h), η πιθανότητα κινδύνου είναι πολύ μεγαλύτερη. Όχι μόνο οι υψηλότερες ταχύτητες μειώνουν τον χρόνο αντίδρασης που έχει ένας οδηγός, αλλά υπάρχουν και άλλοι κίνδυνοι. Οδηγίες μεγάλων αποστάσεων σε αυτοκινητόδρομους (μερικές φορές με κακό φωτισμό) συχνά οδηγούν σε κούραση, παρασύροντας σε άλλες λωρίδες, σύγκρουση σε μεσαίες λωρίδες, κακή πλοήγηση σε εργοτάξια και ακόμη και μετωπικές συγκρούσεις με άλλους οδηγούς που μπορεί να αντιμετωπίζουν τις ίδιες προκλητικές μεταβλητές στο δρόμο.

Τώρα, φανταστείτε αυτόν τον προηγούμενο υπολογισμό σε πολύ πιο γρήγορη ρύθμιση. Ίσως ταξιδεύετε σε όλη τη χώρα με 75 mph (περίπου 120 kh/h) και τα μάτια σας αρχίζουν να πέφτουν. Δεν παρατηρείτε την απότομη στροφή που έρχεται μπροστά και το πόδι σας παραμένει στο πεντάλ του γκαζιού. Τράκατε κατευθείαν στη τσιμεντένια γωνία κατά μήκος της καμπύλης.

Τώρα, εφαρμόζοντας τον ίδιο υπολογισμό όπως παραπάνω, αν και η ταχύτητα είναι περίπου διπλάσια, η συνολική δύναμη κρούσης είναι περίπου 300 τόνοι ανά τετραγωνικό πόδι – περίπου 6 φορές πιο καταστροφική!

Για ένα τελευταίο παράδειγμα, φανταστείτε ότι οδηγείτε με ταχύτητα κατά μήκος του αυτοκινητόδρομου με 75 mph, το αυτοκίνητό σας παρασύρεται στην αντίθετη λωρίδα και χτυπά μετωπικά σε ένα αυτοκίνητο που έχει την ίδια ταχύτητα. Τα αποτελέσματα είναι πραγματικά τρομερά, και όπως και πριν, η δύναμη πρόσκρουσης διπλασιάζεται, επειδή το αντίπαλο αυτοκίνητο έχει την ίδια δύναμη προς τα εμπρός.

Αυτό σημαίνει μια δύναμη κρούσης περίπου 600 τόνων ανά τετραγωνικό πόδι! Σε σύγκριση με μια μετωπική σύγκρουση στα 30 mph, η δύναμη είναι για άλλη μια φορά 6 φορές μεγαλύτερη και εκθετικά πιο καταστροφική για όλους τους εμπλεκόμενους.

Επειδή η εξίσωση της κινητικής ενέργειας τετραγωνίζει την ταχύτητα, η συνολική πρόσκρουση αυξάνεται σημαντικά σε σύγκριση με το προηγούμενο παράδειγμα. Αν και η ταχύτητα είναι μόνο 2,5 φορές μεγαλύτερη από το παράδειγμά μας στα 30 mph, η δύναμη που βιώνουν το αυτοκίνητο και ο οδηγός είναι 6 φορές μεγαλύτερη. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι συγκρούσεις σε αυτοκινητόδρομους (μετωπικές ή άλλες) είναι πολύ πιο καταστροφικές από πόντους αστικών φτερών ή συγκρούσεις 30 μίλια/ώρα σε στύλους φωτισμού.

Για να το θέσουμε σε τρομακτική προοπτική, χρειάζονται μόνο 3300 newtons (περίπου 0,34 τόνοι δύναμης) για να σπάσει ένα πλευρό. Φανταστείτε τον αντίκτυπο 600 τόνων δύναμης!

Ίσως τώρα καταλάβατε γιατί υπάρχει μια αργή λωρίδα στον αυτοκινητόδρομο! Μερικοί άνθρωποι δεν βιάζονται τόσο πολύ και επιλέγουν να παραμείνουν ασφαλείς οδηγώντας αργά. Η ταχύτητα είναι ένα ισχυρό πράγμα, το οποίο μπορεί να κάνει τα ατυχήματα σε αυτοκινητόδρομους πραγματικά τρομερά πράγματα που μπορείτε να δείτε – και να βιώσετε!