Ce viteză de impact este atunci când două mașini se izbesc frontal? Se însumează sau nu vitezele a două mașini care se izbesc frontal?

De Ziar Piatra Neamț Pe 24 iun. 2024

În spațiul public circulă două teorii legate de viteza de impact la accidente frontale, teorii lansate și întreținute de persoane care nu au cunoștințe aprofundate de fizică. Prima teorie susține că vitezele se însumează. Adică, dacă o mașină merge cu 100 km/h și se lovește frontal cu una care merge cu 60 km/h, impactul resimțit ar fi echivalent cu 160 km/h. Această teorie este total falsă. Vitezele la impact frontal nu se adună, ci se redistribuie în funcție de legile fizicii.

A doua teorie susține că vitezele se anulează. Deși această teorie nu este aplicabilă în condiții reale, este mult mai aproape de adevăr comparativ cu prima. Dacă două mașini vin din direcții opuse cu aceeași viteză și au aceeași greutate, forțele de impact se anulează reciproc. Realitatea conform fizicii este că, dacă două mașini vin din sensuri opuse, de exemplu cu 40 km/h fiecare și se izbesc frontal, forțele se anulează parțial și impactul este ca și cum fiecare mașină ar lovi un perete cu 40 km/h, nu cu viteza însumată de 80 km/h, cum susține prima teorie falsă, dar răspândită.

Dacă depășim supozițiile lansate de diverse opinii neinformate de pe internet, în lumea fizicii și a siguranței rutiere, înțelegerea coliziunilor frontale dintre vehicule este esențială pentru a evalua riscurile atunci când mergem cu mașina. În acest proces de evaluare apare întrebarea comună: ce se întâmplă cu viteza și forțele de impact atunci când două mașini se ciocnesc frontal?

Să luăm primul caz al coliziuni frontale între mașini cu aceeași viteză și masă

Să ne imaginăm două mașini, fiecare având aceeași masă și aceeași viteză de 40 km/h, care se ciocnesc frontal. Pentru cei care nu înțeleg fizica până la capăt, viteza relativă a impactului ar fi suma vitezelor celor două mașini, adică 80 km/h. Cu toate acestea, ceea ce resimte fiecare șofer nu este un impact la 80 km/h.

Fizica ne spune că, atunci când două mașini identice ca viteză și masă se lovesc frontal, forțele de impact se împart simetric între cele două vehicule. Fiecare mașină experimentează un impact echivalent cu ciocnirea într-un zid imobil la propria viteză de 40 km/h. Aceasta se întâmplă deoarece energia cinetică a fiecărei mașini este absorbită de deformarea structurii mașinii în timpul coliziunii, iar momentele celor două vehicule se anulează reciproc. De aceea, când mașinile au aceeași viteză și masă, forțele principale se anulează reciproc.

În cazul coliziuni frontale între mașini cu viteze diferite

Situația devine mai complexă atunci când cele două mașini au viteze diferite. Să analizăm cazul ipotetic în care o mașină se deplasează cu 60 km/h, iar cealaltă cu 100 km/h. Viteza relativă a impactului ar fi de 160 km/h. Totuși, nu vorbim de viteza de impact efectivă, ci de viteza cu care se apropie cele două vehicule. Impactul resimțit de fiecare mașină este diferit de suma vitezelor și de cel din scenariul anterior.

În acest caz, viteza resimțită la impact nu este pur și simplu viteza relativă totală împărțită între cele două vehicule. Pentru a evalua impactul resimțit, trebuie să analizăm cum se redistribuie energia cinetică și forțele de impact. Într-o coliziune frontală între vehicule cu viteze diferite, fiecare vehicul va simți un impact mai mare decât viteza sa inițială, dar mai mic decât viteza relativă totală.

Ca să nu plictisim cu calcule complexe, acum, vom prezenta doar rezultatele. O aproximare utilă pentru a înțelege severitatea impactului este calcularea vitezei echivalente pe care fiecare vehicul ar simți-o dacă ar lovi un zid imobil. În cazul nostru, mașina care merge cu 60 km/h ar experimenta un impact echivalent cu ciocnirea într-un zid la aproximativ 82 km/h. Aceasta arată că, deși viteza relativă totală ar fi de 160 km/h, impactul resimțit de fiecare vehicul este semnificativ, dar nu la nivelul complet al vitezei relative.

În concluzie, coliziunile frontale sunt complexe și influențate de multiple variabile, inclusiv viteza și masa vehiculelor implicate dar în nici un caz vitezele nu se însumează ci chiar se anulează dacă sunt identice, adică atunci când două vehicule cu aceeași masă și viteză se ciocnesc frontal, impactul resimțit este echivalent cu ciocnirea fiecărei mașini într-un zid la propria viteză.
Când vitezele sunt diferite, severitatea impactului crește și fiecare vehicul resimte o forță mai mare decât viteza sa inițială, dar mai mică decât viteza relativă totală, contrar teoriei greșite propagate în spațiul public.

Și acum, să explicăm pentru cei care care sunt mai pasionați de fizică și vor să înțeleagă fenomenul în totalitatea sa.

Să analizăm coliziunea frontală între două mașini care au aceeași masă și aceeași viteză de 40 km/h, folosind principiile fizicii. Vom folosi legea conservării momentului și energia cinetică pentru a calcula impactul.

Datele problemei:

Viteza fiecărei mașini, v: 40 km/h (convertim în m/s pentru calcule)
Masa fiecărei mașini, m: presupunem m
1 km/h = 0.27778 m/s, deci 40 km/h = 40 × 0.27778 m/s ≈ 11.11 m/s

Conservarea momentului

Într-o coliziune frontală între două mașini cu mase și viteze egale, momentele se anulează reciproc:

Ptotal=m⋅v+m⋅(−v)=m⋅11.11 m/s+m⋅(−11.11 m/s)=0

Energia cinetică

Distribuirea energiei în timpul impactului

În cazul coliziunii frontale, energia cinetică totală este utilizată în deformarea mașinilor și, parțial, în disiparea energiei sub formă de căldură și sunet. Deși viteza relativă a impactului pare a fi de 80 km/h (suma vitezelor relative), fiecare mașină experimentează un impact ca și cum ar lovi un zid imobil la propria viteză de 40 km/h.

Impactul Resimțit

În esență, fiecare mașină simte un impact echivalent cu ciocnirea într-un zid la 40 km/h:

Mașina A: 40 km/h = 11.11 m/s
Mașina B: 40 km/h = 11.11 m/s

În concluzie impactul fiecărei mașini este echivalent cu lovirea unui zid imobil la 11.11 m/s (sau 40 km/h).

Acum să analizăm coliziunea frontală între două mașini care au viteze diferite de 60 km/h și de 100 km/h, folosind aceleași principii ale fizicii. Vom calcula impactul pentru mașina care merge cu 60km/h.

Datele problemei:

Viteza mașinii A, vA: 60 km/h (convertim în m/s pentru calcule)
Viteza mașinii B, vB: 100 km/h (convertim în m/s pentru calcule)
Masa fiecărei mașini, m: presupunem m
1 km/h = 0.27778 m/s
vA=60×0.27778≈16.67m/s
vB=100×0.27778≈27.78m/s

Conservarea momentului

Într-o coliziune frontală între două mașini, momentele sunt:

Ptotal=m⋅vA+m⋅(−vB)=m⋅16.67 m/s+m⋅(−27.78 m/s)

Ptotal=m(16.67−27.78)

Ptotal=m⋅(−11.11 m/s)

Energia cinetică

Energia cinetică a fiecărei mașini înainte de coliziune:

Distribuirea energiei în timpul impactului

În cazul coliziunii frontale, energia cinetică totală este utilizată în deformarea mașinilor și, parțial, în disiparea energiei sub formă de căldură și sunet. Deși viteza relativă a impactului ar fi de 160 km/h (suma vitezelor relative), dar fiecare mașină experimentează un impact diferit.

Impactul Resimțit

În cazul nostru, viteza resimțită la impact de fiecare mașină este calculată folosind o aproximare:

Pentru mașina A (60 km/h):

Așadar, coliziunea frontală între două mașini cu viteze de 60 km/h și 100 km/h implică aparent o viteză relativă totală de 160 km/h. Totuși, mașina care circula cu 60km/h experimentează un impact echivalent cu ciocnirea într-un zid la aproximativ 82.46 km/h. Aceasta se datorează faptului că energia cinetică și momentele se redistribuie în timpul coliziunii, iar impactul resimțit de fiecare vehicul este semnificativ, dar mai mic decât viteza relativă totală.

Concluzia finală este una clară: viteza resimțită de o mașină care se lovește frontal cu o altă mașină nu este suma vitezelor celor două mașini și nici media acestora. Media sumei vitezelor este doar în cazul în care vitezele sunt identice și mașinile au aceeași masă.

I.R.