نيروهاي وارد بر راننده در يك تصادف
- توضیحات
- دسته: مجموعه شماره 9
- منتشر شده در دوشنبه, 18 دی 1391 22:39
- نوشته شده توسط Mehdi Jahanbakhsh
نيروهاي وارد بر راننده در يك تصادف
نويسنده : هادي غفاريان حسيني- افشين حسين‌زاده
مفهوم انرژي جنبشي
انرژي جنبشي، انرژي حاصل از حركت است. انرژي جنبشي هر جسم، ميزان انرژي است كه بر اثر حركت آن جسم، توليد مي‌شود. انرژي جنبشي يك ذره، به جرم (m)، از رابطه زير به دست مي‌آيد:
|
|
|
|
فرض كنيد مي‌خواهيد مطابق شكل فوق از خيابان عبور كنيد. در اين حالت به دليل انرژي جنبشي كاميون، مي‌دانيد كه نبايد از خيابان عبور كنيد، زيرا كاميون به دليل انرژي حركتي خود مي‌تواند روي شما كار انجام دهد. آيا مي‌دانيد 2/1 از كجا آمده است؟
مي‌دانيد كه انرژي جنبشي، به جرم كاميون بستگي دارد. يك كاميون سنگين‌تر مي‌تواند كار بيشتري روي شما انجام دهد. همچنين، انرژي جنبشي به سرعت كاميون نيز بستگي دارد. كاميون سريع‌تر، كار بيشتري روي شما انجام مي‌دهد. انرژي جنبشي به توان دوم سرعت وابسته است. بنابراين، سرعت دو برابر باعث انرژي جنبشي 4 برابر كاميون مي‌شود؛ اما چرا؟
انرژي جنبشي هر جسم، برخواسته از مقدار كار انجام شده روي همان جسم است. اين موضوع را مي‌توان در كاربرد نيرويي ثابت براي شتاب‌دهي به يك جرم، از حالت سكون تا سرعت نهايي آن ديد:
|
|
در صورتي كه اصطكاك وجود نداشته باشد:
|
|
در حركت شتابدار با شتاب ثابت:
|
|
|
|
انرژي، قابليت انجام كار است. براي اينكه به جسمي انرژي جنبشي بدهيد، بايد روي آن كار انجام دهيد. اين موضوع مفهوم كار در قانون دوم نيوتن و معادلات حركت است. اين معادله، حالت خالص قانون كار و انرژي و يكي از اصول اساسي طبيعت است.
محاسبه نيروهاي وارد بر يك راننده در تصادف
شرايط استاندارد براي محاسبه نيروهاي وارد بر يك راننده در تصادف، به اين صورت است كه وقتي خودرو با سرعت فرضي 48 كيلومتر در ساعت به مانعي صلب1 برخورد مي‌كند، خودرو تا استهلاك كامل نيرو، به ميزان 30 سانتي‌متر (برگرفته از نتايج آزمون برخورد خودرو با ديواره صلب) به جلو حركت مي‌كند. محاسبات انجام شده، براي راننده‌اي با وزن 72 كيلوگرم صورت گرفته است.
30 سانتي‌متر= فاصله طي شده تا ايستادن خودرو
متر بر ثانيه 34/13= 48 كيلومتر در ساعت= سرعت خودرو
در اين خصوص، بررسي‌هاي انجام شده در مورد راننده، در سه حالت صورت مي‌گيرد كه عبارتند از:
1. راننده با كمربند ايمني انعطاف‌ناپذير
2. راننده با كمربند ايمني انعطاف‌پذير
3. راننده بدون كمربند
1. اگر راننده كمربند ايمني انعطاف‌ناپذير بسته باشد، ميزان حركت راننده تا ايستادن كامل، مساوي مقدار طي شده توسط خودرو تا ايستادن كامل است. (30سانتي‌متر) پس نيروي وارد بر راننده برابر است با :
|
|
|
|
2. اگر راننده كمربند ايمني ديناميك (انعطاف‌پذير) بسته باشد، هنگامي كه خودرو ايستاد با توجه به منعطف بودن كمربند، راننده به جلو آمده و ميزان طي مسير راننده تا ايستادن كامل، به حدود 45 سانتي‌متر افزايش مي‌يابد. در اين حالت:
|
|
|
|
توضيح: انعطاف‌پذيري يا انعطاف‌ناپذيري كمربند ايمني، از طريق استفاده از انواع مختلف كمربند ايمني نظير استاتيك، كمربند با قفل اضطراري و كمربند محدود كننده نيرو و... تأمين مي‌شود.
3. اگر راننده كمربند ايمني نبسته باشد، با توقف ناگهاني خودرو ناشي از برخورد با مانع، راننده بر اثر نيروي اينرسي به جلو پرتاب شده و با برخورد به غربيلك فرمان و شيشه متوقف مي‌شود. در اين حالت ميزان فاصله طي شده راننده تا توقف كامل بدن، برابر تغيير فرم سر و سينه راننده بر اثر اين ضربه شديد بوده و در بيشترين حالت، حدود 5 سانتي‌متر است. لذا داريم:
|
|
|
|
گفتني است كه در مراحل فوق، شتاب‌كاهنده، ثابت در نظر گرفته شده و براي ضربه نيز، نيرويي متوسط داريم. متأسفانه در اين حالت، ضربه بسيار سنگين 13تني به نسبت سختي اندام‌هاي راننده، روي سر و سينه وي تقسيم شده و موجب جراحات شديد در نواحي استخوان‌هاي جمجمه سر و قفسه سينه خواهد شد.
