Κώστας Καββαθάς - Φυσική και αυτοκίνητο
Mια γωνιά για τους φίλους του αυτοκινήτου που θέλουν να γίνουν φίλοι της φυσικής και το αντίστροφο.
Παθητική ασφάλεια (μέρος 1ο)
του Διονύση Κωνσταντίνου, Φυσικού
Τι προκαλεί τραυματισμούς, όταν γίνονται ατυχήματα με αυτοκίνητα; Συνήθως, είναι η επαφή του επιβάτη με υλικά του αυτοκινήτου του. Το εσωτερικό του αυτοκινήτου, φιλόξενο, λειτουργικό και ευχάριστο, γίνεται εχθρικό στις ακραίες αυτές περιστάσεις. Οι άνθρωποι κινούνται προς το τιμόνι, το ταμπλό, το παρμπρίζ ή τον κινητήρα, που έχουν ήδη ακινητοποιηθεί, και οι δυνάμεις που ασκούνται στο μικρό χρόνο πρόσκρουσής τους είναι τεράστιες. Ταυτόχρονα, η καμπίνα μπορεί να παραμορφωθεί και μέρη της να κινηθούν προς αυτούς. Μεγάλη είναι η προσπάθεια που καταβάλλεται για να μειωθούν οι συνέπειες τέτοιων επαφών. Πριν δούμε διαδικασίες διαχείρισης των δυνάμεων που αναπτύσσονται, ας δούμε τις ίδιες τις δυνάμεις, κάτι που θα βοηθήσει στην κατανόηση των τρόπων πρόληψης, που έχει καθιερωθεί να ονομάζονται «παθητική ασφάλεια» του αυτοκινήτου.
Φανταστείτε ένα αντικείμενο που κινείται με 90 χλμ./ώρα και δέχεται μια δύναμη που το ακινητοποιεί σε 0,6 μ. Το αντικείμενο μπορεί να είναι ένα αυτοκίνητο και η δύναμη (που δεν είναι, αλλά δε μας ενοχλεί ιδιαίτερα να τη θεωρήσουμε σταθερή) μπορεί να ασκείται από έναν τοίχο, που παραμένει στη θέση του μετά το «συμβάν». Δεχτείτε ότι τα 0,6 μ. αντιστοιχούν στην υποχώρηση του εμπρός τμήματος του αυτοκινήτου. Αν κάποιος κάνει μερικούς λογαριασμούς, θα βρει ότι ο χρόνος ακινητοποίησης είναι της τάξης των 0,05 δλ. και ότι η δύναμη που ασκείται στο αυτοκίνητο είναι ίση με περίπου 50 φορές το βάρος του (σ.σ.: πρόκειται για τη μέση δύναμη, στην πραγματικότητα η μέγιστη τιμή της μεταβαλλόμενης δύναμης είναι μεγαλύτερη). Όλα αυτά στηρίζονται στο νόμο της αδράνειας, ο οποίος λέει ότι, για να αλλάξει η ταχύτητα ενός σώματος (από ηλεκτρόνιο μέχρι άστρο), πρέπει να ασκηθεί σ’ αυτό δύναμη.
Αν ο τοίχος ασκεί στο αυτοκίνητο τη δύναμη που το ακινητοποιεί, ποιος ασκεί αντίστοιχη δύναμη στους επιβάτες; Βλέπετε, καθετί στο αυτοκίνητο κινείται με 90 χλμ./ώρα και μπορεί να παρακολουθήσει την επιτάχυνση του αυτοκινήτου, εδώ -52 g, μόνο αν δεχτεί και αυτό δύναμη ίση με το βάρος του επί 50 (σ.σ.: g είναι η επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης κοντά στην επιφάνεια της Γης, που χρησιμοποιείται μερικές φορές ως μέτρο της καταπόνησης του ανθρώπινου οργανισμού σε μεγάλες επιταχύνσεις). Ενώ το αυτοκίνητο έχει σταματήσει, το σώμα του επιβάτη εξακολουθεί να κινείται μέχρι να συναντήσει κάτι ακλόνητο, το τιμόνι, για παράδειγμα. Για να εκτιμήσετε τη δύναμη, σκεφτείτε ότι ένας αθλητής άρσης βαρών σηκώνει μέχρι 2-3 φορές το βάρος του.
Στο 2ο μέρος θα δούμε πώς αξιοποιείται η φυσική από τους κατασκευαστές αυτοκινήτων, για να ελαχιστοποιηθούν οι συνέπειες τέτοιων καταστάσεων. Εδώ, ας προσπαθήσουμε να ανασκευάσουμε μια αποδεκτή από πολλούς άποψη που λέει ότι: αν δύο ίδια αυτοκίνητα που κινούνται με αντίθετες ταχύτητες, ας πούμε 90 χλμ./ώρα, συγκρουστούν μετωπικά, είναι σαν να συγκρούεται με τον τοίχο το καθένα από αυτά, με 180 χλμ./ώρα. Το σωστό είναι ότι αυτή η σύγκρουση ισοδυναμεί με ξεχωριστές συγκρούσεις με τοίχο δύο αυτοκινήτων που κινούνται με 90 χλμ./ώρα, όπως δείχνει το παρακάτω σχήμα. Η σκληρή πραγματικότητα δε χρειάζεται μεγέθυνση για να φανεί σκληρότερη.