Mechanika zderzeń samochodowych

Jeśli założymy, że przeszkoda się nie odkształca, to zależność opisująca zjawisko będzie bardzo prosta.

Po lewej stronie równania 1. widzimy siłę F pomnożoną przez przesunięcie s, czyli po prostu pracę. W naszym przypadku F to siła z jaką samochód działa na przeszkodę (i wzajemnie, zgodnie z zasadą "akcji i reakcji", czyli trzecią zasadą dynamiki Newtona), s to droga po której się zatrzyma, równa długości strefy ulegającej zgnieceniu. Wzór 2. to dobrze znana druga zasada dynamiki Newtona, gdzie a to opóźnienie nadwozia samochodu. Od razu spieszę zapewnić, że to małe uproszczenie sprawy: siła reakcji będzie ulegała wahaniom, a samochód ma masę rozproszoną.

Z 1. i 2. otrzymamy zależność 3. Wynikają z niej dwa bardzo ważne wnioski:

• masa nie ma wpływu na opóźnienie samochodu - 2,5-tonowy SUV nie gwarantuje większego bezpieczeństwa niż 1,5-tonowy sedan,
• by zniwelować dwukrotnie wyższą prędkość przed zderzeniem, potrzebna jest czterokrotnie dłuższa strefa zgniotu.

Przykład: prędkość przed zderzeniem 50 km/h (13,9 m/s), zatrzymanie (wgniecenie nadwozia) o 0,5 metra. Wtedy opóźnienie wyniesie 193 m/s^2 czyli niemal 20G.

Nic z tych rzeczy. Masa pozostaje niezmieniona, oczywiście pomijając kwestię ewentualnej utraty elementów ciała. Twierdzenie, że człowiek ważący 75 kg, podczas takiego zderzenia waży 1500 kg wzięło się z pewnego brzydkiego skrótu myślowego. Normalnie działa na niego tylko przyspieszenie ziemskie g (9,81 m/s^{2), więc naciska na siedzenie z siłą 736 N. Kiedyś popularna była też inna jednostka siły kG, czyli "kilogram-siła" (ang. kgf), wtedy można powiedzieć, że ciało naciska z siłą 75 kG. Przy opóźnieniu, wynoszącym podczas zderzenia 193 m/s}2, ten sam człowiek działa na pasy bezpieczeństwa z siłą 14500 N, czyli niemal 1500 kG.

Sytuacja jest prosta, gdy w zderzeniu biorą udział dwa identyczne samochody o tej samej prędkości początkowej. Wtedy zderzenie dwóch pojazdów o prędkości 50 km/h każdy odpowiada uderzeniu w ścianę z tą samą prędkością (prędkości się nie sumują). Co prawda energia kinetyczna będzie dwukrotnie większa (suma energii obu samochodów), ale i strefa zgniotu ulegnie dwukrotnemu wydłużeniu. Inaczej dzieje się w przypadku zderzenia pojazdów o różnej masie. Poniżej widoczny jest test zderzeniowy z udziałem Mercedesa S i Smarta:

Lżejszy samochód ulegnie większym opóźnieniom: szansa na śmierć pasażerów wzrośnie. Pięć gwiazdek z testu z nieruchomą przeszkodą nie pomoże wiele, jeśli po drugiej stronie zderzaka znajduje się znacznie cięższy pojazd.

Sztywność nadwozia jest pewnym kompromisem. Musi być na tyle sztywne by pasażerowie nie ulegli zmiażdżeniu w kabinie i na tyle podatne by nie ulegli nadmiernym przeciążeniom. Ważny jest każdy centymetr strefy zgniotu, stąd czasami spotykane są silniki wsuwające się pod podłogę.

Opóźnienie ciał pasażerów jest nieco mniejsze niż samochodu. To zasługa pasów bezpieczeństwa, które dzięki pewnej podatności zwiększają drogę wytracania prędkości przez ciało. Czyli do s powinienem doliczyć jeszcze kilkanaście centymetrów.

W chwili zderzenie, gdy nadwozie samochodu będzie zwalniać, nasze ciało będzie poruszać się dalej z prędkością sprzed zderzenia. Potem samochód się zatrzyma, a ciało będzie lecieć dalej, aż do spotkania z tablicą rozdzielczą czy kierownicą. Wtedy będzie musiało utracić całą energię na zaledwie kilku centymetrach, co w większości przypadków oznacza gigantyczne przeciążenie i śmierć.

Powyższy opis doskonale sprawdza się także w przypadku przedmiotów przewożonych w bagażniku lub na tylnej półce. Nie stanowią one żadnego zagrożenia, jeśli  są sztywno zamocowane - wtedy będą zwalniać stopniowo razem z samochodem. Gorzej jeśli pozwolimy im na swobodny lot, wtedy strefą zgniotu może zostać kilka centymetrów ciała któregoś z pasażerów.

Sytuacja może być groźna już przy hamowaniu. Niech prędkość (równej prędkości sprzed hamowania) 1-kilogramowej gaśnicy będzie wyższa o 20 km/h od prędkości naszej i samochodu (zmniejszonej na skutek hamowania), a nasze plecy niech się ugną na skutek uderzenia o 3 cm. Wtedy ze wzoru 1. wynika, że gaśnica uderzy nas z siłą ponad 500 N (50 kG).

Zastrzeżeń nie budzą podstawowe oceny: bezpieczeństwa dorosłych, bezpieczeństwa dzieci oraz bezpieczeństwa pieszych. Problem pojawia się w przypadku kategorii Safety Assist. W opisie można przeczytać:

Euro NCAP rewards manufacturers for the fitment of electronic stability control, in addition to points given for the presence of a speed limitation device and intelligent seat belt reminders.

Czyli ocena podwyższana jest za obecność ESP, ogranicznika prędkości czy nawet kontrolki przypominającej o zapięciu pasów. Czasami tylko taki szczegół różni samochód z pięcioma gwiazdkami od tego z czterema.

O tym urządzeniu było głośno kilka lat temu. To prosty mechanizm zamieniający energię kinetyczną samochodu, z pomocą przekładni, na energię kinetyczną wbudowanego wirnika (połowa iloczynu momentu bezwładności i kwadratu prędkość kątowej).

Nie ma w nim nic nadzwyczajnego. Ot, po prostu zamiast gięcia blach czy kruszenia włókien węglowych zachodzi tam rozpędzanie wirnika. Samochód dalej zatrzymuje się z jakiejś prędkości na jakiejś drodze (tu zamiast strefy zgniotu będzie wsunięcie zderzaka), więc ulega opóźnieniu. Z punktu widzenia pasażerów nic się nie zmienia.