Сравнительный анализ физики автомобильных аварий, отечественных и современных автомобилей

Автор: Золотарёва Ирина Вячеславовна

Организация: МБОУ Виноградовская средняя школа

Населенный пункт: Республика Крым, Сакский район, с.Виноградово

Анотация:

Главной проблемой в статье, является утверждение, безопасны ли сейчас автомобили. Относительное сравнение безопасности отечественного автоВаза и современной модели автомобиля, покажет существенное различие в инженерных задумках, в ходе конструирования отдельных деталей, прорабатывание участков автомобилей, которые подвержены прямой деформации во время столкновения. Разберем, почему и сколько шансов на жизнь, при столкновении двух машин. В ходе работы, остается актуален вопрос, почему не сделать машину еще более прочной, и разберемся, над чем поработали инженеры, чтобы предотвратить необратимые последствия при аварии на дороге.

В этой статье обсудим насколько безопасны сейчас автомобили. Проведем относительное сравнение безопасности отечественного автоВаза и современной модели автомобиля. Разберем, почему и сколько шансов на жизнь, при столкновении двух машин. Актуален вопрос, почему не сделать машину еще более прочной, и разберемся, над чем поработали инженеры, чтобы предотвратить необратимые последствия при аварии на дороге.

В ходе ранее известного исследования, заметим, что в литре бензина содержится около 56 мегаДЖ химической энергии. Это намного больше, чем при взрыве такого же количества тротила. Любой автомобиль работает благодаря сжиганию бензина, которое превращает химическую энергию в кинетическую, активируя движение машины.

Деформация передней части машины должна выдерживать силу, которая равна четверти тяги основного двигателя шаттла. Больше половины контролируемого смятия должна принять на себя пара стальных реек, соединяющих основную часть машины с бампером, которые сгибаются и деформируются, чтобы впитать энергию и замедлить машину. Всю оставшуюся энергию должна впитать деформация остального металла, находящегося впереди машины. Это спланированное разрушение дает возможность машине замедлятся быстро, но с приемлемой и стабильной скоростью.

Если бы машины были очень твердыми, то они бы останавливались настолько быстро, что ускорение в них превышало бы в 15 и более раз то, которое испытывают космонавты на тренировке. Такие огромные перегрузки не совместимы с жизнью. Инженеры научились делать машины со сминаемыми частями, создающими внутри безопасную зону. Полностью твердые машины не подходят для безопасности водителя и пассажиров. В полностью твердых машинах даже при столкновении на совсем небольшой скорости (30 - 40 км/ч) могли бы погибать люди.

Итак, начнем рассмотрение отечественных авто:

Возьмем, разбор краш-теста, на котором детально показан травматизм и ущерб автомобиля при столкновении:

ВАЗ-2107 — самый опасный автомобиль из числа тех, что прошли фронтальный краш-тест Авторевю по методике EuroNCAP.

 

У водителя в относительной безопасности только грудь (27 мм сжатия тарированных ребер, лишь на 5 мм больше «зеленого порога»), а у пассажира — ноги. Голова и шея у обоих подвержены повышенному риску травм.

 

Кузов автомобиля удар не держит: дверной проем сократился на 285 мм, педали сместились на 270 мм назад.

 

В итоге: ноль баллов и перечеркнутые контуры автомобиля и обоих сторон. [11]

 

 

Перегрузки головы «водителя» при ударе о поднявшийся руль на 190 мми выше головы пассажира который получил удар о переднюю панель, превысили опасный порог: 93g и 142g соответственно.

Шею «водителя» растягивало не малым усилием в 4,2 кН, а тарированные ребра пассажира справа сдавило на 59 мм — вероятность перелома более 50%. Смещенная на 315 мм назад и на 130 мм вверх педаль сцепления грозит ступням и голеням.

 

Кузов ижевской «шестерки» деформировался меньше, чем у «семерки», сделанной в Тольятти — передняя стойка сместилась назад на 100 вместо 285 мм, помогли усилители в передних дверях. Но структурная целостность также утрачена: дверь согнулась, на левом пороге заломы. А пассажиры защищены ничуть не лучше, чем в «семерке». [12]

 

Два балла из 16 возможных ВАЗ-2106 получил лишь за невысокие нагрузки на бедра манекенов, хотя потенциальная травмоопасность передней панели, как и в «семерке», чрезвычайно высока! [13]

Мало по малу, становится понятно, что по результатам краш-теста, сводит ,к тому,что отечественный АвтоВаз в плане безопасности при ДТП не надежен. Наглядно, что при столкновении с препятствием, мы видим переднюю часть, практически в смятку. А современный автомобиль уже детально продуман, и устроен, для получения мин рисков для пассажиров авто.

По статистике самый высокий уровень безопасности демонстрируют модели известных во всём мире марок : Toyota, Volvo, Lexus, Hyundai и Mercedes.

Безопасность автомобиля, одна из самых главных характеристик наряду с динамическими качествами. Оценивают машины на предмет безопасности по разным методикам. Наиболее известные из них — IIHS, NHTSA, EuroNCAP и ADAC. В рамках краш-тестов безопасность автомобилей оценивается по пяти основным критериям, в том числе на предмет устойчивости к боковым и фронтальным ударам, прочности креплений сидений и работы системы экстренного торможения. Что на примере, мы видим выше, в испытаниях отечественных авто. Автомобили проверяют на прочность как в небольших, так и серьёзных ДТП. А по результатам тестов составляется топ самых надёжных автомобилей. О них сейчас и пойдёт речь.

Hyundai Santa Fe. Новое поколение популярного кроссовера с корейскими корнями имеет прочный кузов с жёсткими элементами горячей штамповки. Прочность кузова по сравнению с предшественниками увеличилась в 2,5 раза. Помимо прочного кузова у Hyundai Santa Fe есть масса систем помощи водителю — от адаптивного круиз-контроля до системы удержания в полосе и предотвращения аварий при перестроении. Также есть шесть подушек безопасности. Результаты краш-теста Hyundai Santa Fe:

 

• Уровень защиты водителя — 94%.
• Уровень защиты пассажира — 88%.
• Уровень защиты пешеходов — 67%. [12]

 

Новейшие автомобили имеют определенную уникальную конструкцию, которая дает возможность обезопасить пассажиров во время столкновения. Так было всегда,что во время аварии кузов существенно деформируется, то-есть поглощая энергию от столкновения. Инженеры и опытные разработчики техники, придумали такой вариант кузова, который определенным образом способствует отделению салона автомобиля от передней и задней части машины

Все детали машины создают из таких материалов, чтобы сминаемые части разрушались плавно, минимизируя пиковое замедление. Как известно, основой метод – складывание передней части кузова в «гармошку». Стоит отметить, что при лобовых столкновениях часто деформируется передняя часть кузова в районе ног водителя. Педали смещаются и травмируют человека. В современных автомобилях все рассчитано настолько, что во время аварии точно известно, где именно начнется разрушение каркаса автомобиля, а также разрабатывают специальные отваливающиеся педали, которые не угрожают человеку после столкновения. [2]

Разберемся, в каких случаях высокая жесткость кузова лучше?

Жесткость кузова влияет на сопротивление автомобиля динамическим и статическим нагрузкам. Чем эта характеристика выше, тем лучше маневренность и управляемость. Особенно хорошо это видно на высоких скоростях. Машина легче справляется со сложными ситуациями на дороге и «слушается» водителя. Жесткость увеличивает комфортность машины, потому что снижаются вибрации. На авто все время действуют какие-то силы. Это может быть и инерция, и ветер. Чем жестче кузов, тем легче машина выдерживает подобные нагрузки.

Итак, время для заключения, водитель красного авто (будет ВАЗ2107) засмотрелся, водитель синего авто(Hyundai Santa Fe) на водителя красного и происходит лобовое столкновение.

Вся накопленная автомобилями энергия (260 000 + 360 000 = 620 000Дж) активно участвует в этом ДТП, деформируя усилители бампера, крылья и капоты и прочую демпферную зону в соответствии с тем, как это задумывали конструкторы . [1]Так как автомобили у нас разные, соответственно и энергия на момент аварийного торможения(если такое присутствует) и впоследствии столкновения должна тратиться абсолютно неравномерно на оба автомобиля, то есть разные силы на каждое авто.

 

Тут то мы и приходим к тому, что по факту каждый автомобиль гасит только ту энергию, которая была у него до столкновения, что равносильно столкновению с каким-то статическим недеформируемым объектом (у которого нет своей кинетической энергии до момента столкновения). Поэтому часто в подобных примерах столкновения совершенно разных авто, приходится и различное количество повреждений каркаса автомобиля, а также травматизацию людей в салоне.

Однако при просмотре всей системы столкновение в ситуации с двумя автомобилями выделяет вдвое больше энергии, чем столкновение со стеной. Он громче, горячее и, вероятно, более существенный. Скорее всего, машины слились друг с другом, части разлетелись в случайных направлениях.

С точки зрения частей, в которых имеются частицы, они не так сильно «разбиваются», но когда две частицы сталкиваются, выделяется больше энергии. При столкновении частиц эта энергия может принимать форму других частиц, и чем больше энергии извлекается из столкновения, тем более уникальными являются частицы. [7]

Так, убедились в том, что автомобильные аварии являются яркими примерами того, как работают законы движения Ньютона. Его первый закон движения, также называемый законом инерции, утверждает, что движущийся объект будет оставаться в движении, если на него не действует внешняя сила. И наоборот, если объект находится в состоянии покоя, он будет оставаться в покое до тех пор, пока на него не воздействует неуравновешенная сила.

Для, утверждения, рассмотрим ситуацию, в которой автомобиль А сталкивается со статической неразрушимой стеной. Ситуация начинается с того, что автомобиль A движется со скоростью (v ) и после столкновения со стеной заканчивается со скоростью 0. Сила этой ситуации определяется вторым законом движения Ньютона , в котором используется уравнение силы, равной массе, умноженной на ускорение. В этом случае ускорение равно (v – 0)/t, где t – это время, за которое автомобиль A остановится. [6]

Автомобиль оказывает эту силу в направлении стены, но стена, которая является статичной и нерушимой, оказывает равное усилие на машину в соответствии с третьим законом движения Ньютона. Эта равная сила заставляет автомобили подниматься гармошкой во время столкновений.

Заметим, что сегодня автомобили стали значительно безопаснее. Специалисты конструируют их, обращая внимание на результаты испытаний, например ,которые были представлены выше: это краш-тест ВАЗ и современного авто. Несмотря на повреждение кузова во время ДТП, люди в салоне современного авто, намного чаще остаются живы даже при лобовом столкновении. Если следовать технике безопасности и грамотно вести себя в сложной ситуации на дороге, у водителя есть все шансы получить во время аварии минимальные повреждения.

Как известно, материалы и их сплавы, технологии сварки или заклёпок, автоматические системы — все эти технологии безопасности в автомобилях совершенствуются, наглядный пример ,появление подушек безопасности с 6 сторон в современном авто, что не можем сказать про ВАЗ. Автопроизводители — первые, кто не заинтересован в травмировании или гибели своих клиентов. Поэтому, системы безопасности в современном авто, порою удивляют и дают водителю, процентную гарантию МАХ остаться менее травмированным. Но, всё, как говориться, зависит от случая автомобильной аварии.

Что, хочется отметить об отечественном производителе.

Самый опасный удар это боковой удар в ВАЗ— шансы выжить и у водителя и у пассажиров сводятся к 0. Когда, в иномарке , на этот случай, сработают боковые подушки, что увеличит шанс, на минимальную травматизацию. Хотя, всё, как и везде, зависит от ситуации. В классике шансы выжить что при лобовом что при ударе в зад крайне малы и сводятся к единице. Ремни безопасности дают шанс выжить или избежать серьёзных увечий (даже в классическом отечественном авто).

Пройдя по физическим законам, отметим, что законы физики имеют конкретное математическое выражение, так как математика – это язык физики. Все, что утверждают авто-эксперты, должно быть результатом расчетов, а не голословным утверждением. Затем при моменте ДТП, надо устанавливать фактические затраты энергии на деформацию прочностными расчетами или с помощью данных краш-тестов. Только тогда будет получен более точный результат, близкий к фактическому значению скорости, что будет соответствовать подтверждению деформации автомобиля, при столкновении. Такая оценка, сможет гарантировать визуальную детализацию физических законов, не только во время движения автомобиля, но и в случаях ДТП.

 

Список использованной литературы:

1. Батяев А.А. ДТП. Практические рекомендации для водителя. -Москва.: Изд. Экспо. - 2010.-255с.
2. Глазунов Ю. Н., Котляревский В. А. Аварии и катастрофы: Предупреждение и ликвидация последствий: Кн. 4: Учебное пособие. Под ред. Котляревского В.А., Забегаева А.В. - М.: Ассоциация строительных вузов, издательство, 1998 г. - 208 с.
3. Евтюков Я.В. Дорожно-транспортные происшествия. Расследование, реконструкция, экспертиза/С. А. Евтюков, Я. В. Васильев. -М: Изд: ДНК. - 2008 г. - 412с.
4. Иванов В.Н. Как избежать ДТП. На закруглениях дорог, соблюдение безопасной дистанции. Комментарии в иллюстрациях. - М., Изд. Дело.- 2011. -410с.
5. Квасов А.А. Организация и безопасность дорожного движения // Автомобильная промышленность. - 2010. - №4.
6. . «Наука и техника в дорожной отрасли», журнал № 2–2014
7. Перышкин А.В. Физика – 7 класс. – М.: «Просвещение».-2015.- 240 с.
8. Перышкин А.В. Физика – 9 класс. – М.: «Просвещение».-2015.- 352с
9. Скрелин Л.И. Дидактический материал по физике 7-8//Пособие для учителя.- М.-Просвещение.-1989.-143с.
10. Солодушко А.Д. Эксперимент при изучении силы трения. //Физика в школе. №5.2001

Электронные источники:

1. : https://autoreview.ru/articles/kak-eto-rabotaet/zakony-sohraneniya
2. https://new-science.ru/kak-provodyatsya-krash-testy-avtomobilej/
3. https://dzen.ru/a/XojHPt3I5SBnPckM
4. https://www.njcar.ru/safety/reference/metodika-provedeniya-krash-testov-Euro-NCAP-15999.html

 

1. file0.docx.. 842,8 КБ

Опубликовано: 11.10.2023