Calcolatore per Incidenti d'Auto

Il nostro calcolatore per incidenti d'auto è uno strumento che puoi utilizzare per stimare la forza g che agisce su di te in un incidente automobilistico. Tutti sanno che le collisioni automobilistiche sono molto pericolose, ma qual è la fisica alla base? Possiamo prevedere le conseguenze di un incidente automobilistico? La risposta è sì e no. I danni alla salute in un incidente possono essere gravi e dipendono da molti fattori, ad esempio:

• Velocità dell'auto — Maggiore è la velocità, maggiore è l'energia a disposizione;
• Cintura di sicurezza — Dimostreremo che le cinture di sicurezza possono salvarti la vita;
• Airbag — Un altro elemento che può salvarti la vita;
• Tipo di auto — Hai più probabilità di sopravvivere a un incidente automobilistico se sei a bordo di un'auto più grande; e
• Ostacolo — La situazione è diversa se colpiamo un cespuglio o un albero.

Non possiamo calcolare con precisione se sopravviverai o meno, ma possiamo fare alcune stime per essere consapevoli delle conseguenze dell'incidente. Cosa succede se guidi a una velocità di $30\ \mathrm{km/h}$ e ti fermi improvvisamente? Immagina che un blocco di 7 tonnellate si trovi sul tuo petto. Sì, è quasi la stessa cosa. Recentemente, la NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration) ha effettuato numerosi crash test con manichini. Sulla base di questi test, possiamo fare alcune approssimazioni sulla velocità a cui si può morire in un incidente d'auto.

In questo calcolatore per incidenti d'auto, ti spieghiamo come calcolare la forza d'impatto negli incidenti d'auto, e come le cinture di sicurezza e gli airbag possono proteggerti. Scoprirai che possono aumentare drasticamente le tue possibilità di sopravvivenza. Nel testo che segue troverai la definizione di forza d'impatto e l'equazione della forza d'impatto.

Non è necessario essere il conducente per sapere che non è possibile fermare immediatamente l'auto. Lo spazio di arresto totale dipende dal tempo di percezione del conducente e dallo spazio di frenata. La stessa energia stimata con il calcolatore di energia cinetica si disperderà molto più velocemente su un albero che nell'acqua. Pertanto, colpire gli alberi comporta quasi sempre pericolosi incidenti d'auto.

La forza d'impatto è la forza totale esercitata su un oggetto durante una collisione. Per ricavare l'equazione della forza d'urto, puoi considerare la legge di conservazione dell'energia. All'inizio, un oggetto in movimento possiede energia cinetica che si riduce a zero dopo la collisione (l'oggetto si ferma). Per rispettare la legge di conservazione, la variazione di energia cinetica deve essere compensata dal lavoro svolto dalla forza d'urto. Lo esprimiamo con la seguente equazione della forza d'urto:

dove:

• $F$ — Forza d'impatto media;
• $m$ — Massa dell'oggetto;
• $v$ — Velocità iniziale dell'oggetto; e
• $d$ — Distanza percorsa durante la collisione.

Consulta il calcolatore del lavoro 🇺🇸 o il calcolatore di lavoro e potenza per familiarizzare con il lavoro in fisica e con il suo rapporto con l'energia.

Ciò che potrebbe sorprenderti è che l'estensione della distanza spostata durante l'urto riduce la forza media dell'impatto. Dovrebbe essere più facile da capire se riscriviamo la formula della forza d'urto nella versione alternativa utilizzando il tempo di collisione $t$ invece della distanza $d$:

Questo è un caso particolare della formula della quantità di moto, descritta nel calcolatore di impulso e della quantità di moto. Ora, puoi vedere che prolungando il tempo della collisione diminuirà la forza media dell'impatto.

Consideriamo due situazioni in cui si salta da un'altezza specifica. Nel primo caso, salti a terra e nel secondo su un trampolino. Poiché la superficie del trampolino è più elastica, si allunga il tempo dell'impatto. Puoi sentire che le tue gambe sono sottoposte a una forza d'impatto mediamente minore.

Questo caso è analogo agli incidenti d'auto. Le auto sono fatte per collassare al momento dell'impatto, prolungando il tempo della collisione e riducendo la forza dell'impatto. Ecco perché non possono essere troppo resistenti.

Le formule della forza d'urto utilizzate in precedenza descrivono una collisione ideale tra due oggetti. Nella situazione reale di un incidente automobilistico, il profilo della forza durante l'incidente può essere più ampio — ad esempio, devi tenere conto del fatto che l'auto crolla e che un essere umano non è una massa puntiforme ma un corpo complesso. Tuttavia, è possibile fare alcune stime della forza d'impatto durante un incidente automobilistico.

Dai un'occhiata all'immagine qui sotto. All'inizio, il conducente è seduto nell'auto in movimento costante con velocità $v$. Poi l'auto colpisce l'albero e si ferma immediatamente. Il conducente vola in avanti a causa della forza inerziale fino a quando non viene improvvisamente fermato dall'impatto con il piantone dello sterzo o il parabrezza. La distanza di arresto è molto breve perché nessuno degli oggetti in collisione (compresi la carrozzeria e, ad esempio, il parabrezza) è sufficientemente contrattabile. Di solito si tratta di oggetti densi; puoi trovare la densità dei materiali più comuni con il calcolatore di densità per un confronto. Possiamo stimare che la distanza di arresto sia approssimativamente di $4\ \mathrm{cm}$ nel nostro caso. (Puoi modificarla nella sezione Variabili aggiuntive di questo calcolatore per incidenti d'auto e forza d'urto.)

Come si calcola la forza d'urto che agisce su un guidatore con una massa di $70\ \mathrm{kg}$? Utilizziamo il nostro calcolatore per incidenti d'auto! Se la velocità iniziale dell'auto è $30\ \mathrm{km/h}$ e la distanza di collisione è $4\ \mathrm{cm}$, la forza d'urto è di circa $60\ \mathrm{kN}$. È un'equivalenza di 6 tonnellate! È proprio come se qualcuno ti mettesse un grosso blocco di pietra sul petto. D'altra parte, il tempo di arresto è solo $9,\!6\ \mathrm{ms}$, il che significa che per ridurre la velocità del conducente da $30\ \mathrm{km/h}$ a zero, il conducente deve decelerare quasi 89 volte più velocemente della gravità terrestre standard g.

Il compito principale delle cinture di sicurezza e degli airbag è lo stesso. Entrambi allungano la distanza della collisione. Supponiamo di trovarci nella stessa situazione di prima. Il conducente di $70\ \mathrm{kg}$ guida un'auto con una velocità di $30\ \mathrm{km/h}$, ma questa volta è saldamente legato a una cintura di sicurezza. La cintura di sicurezza si allunga leggermente quando viene applicata la forza d'urto. Possiamo dire che può espandersi di circa $20\ \mathrm{cm}$. (Puoi modificarlo nella sezione Variabili aggiuntive di questo calcolatore per la forza d'urto.)

Anche in questo caso, dopo aver utilizzato il calcolatore per gli incidenti d'auto, è possibile ottenere una forza d'urto media di circa $2,\!5\ \mathrm{kN}$, che è quasi 25 volte inferiore a quella che si avrebbe senza la cintura di sicurezza. Corrisponde a un peso di $1,\!24\ \mathrm{t}$. Il tempo di arresto si allunga a $48\ \mathrm{ms}$, e ora il conducente decelera "solo" 18 volte più velocemente rispetto alla gravità standard g della Terra.

In sintesi, la cintura di sicurezza è progettata per impedire al tuo corpo di colpire gli oggetti più duri dell'auto e ridurre la forza dell'impatto distribuendola nel tempo. Se la forza dell'impatto è eccessiva, la cintura di sicurezza può occasionalmente contribuire a causare gravi lesioni interne o addirittura la morte. Tuttavia, al giorno d'oggi, le cinture di sicurezza hanno un meccanismo che le rompe a un livello di stress predefinito. Di solito gli airbag sono posizionati davanti al guidatore per aumentarne la sicurezza.

Abbiamo fatto un esempio con il conducente, ma qualunque persona a bordo del veicolo è soggetta a questi pericoli. Se si verifica un incidente automobilistico con un camion pesante, non importa che tu sia seduto al volante o sul sedile posteriore dell'auto.

Anche in caso di collisioni a bassa velocità, la forza d'impatto che blocca il tuo corpo è dell'ordine delle tonnellate. Senza le cinture di sicurezza allacciate non riuscirai a resistere e a evitare lesioni. Inoltre, se ti siedi nella parte posteriore dell'auto e non sei vincolato da una cintura di sicurezza, volerai in avanti come un masso di diverse tonnellate. Non ti farai male solo tu, ma anche la persona seduta davanti a te!

Questa è una di quelle domande che non ha una risposta univoca. Più l'auto è pesante, più è difficile fermarla e la forza d'impatto è minore. D'altra parte, il veicolo si fermerà immediatamente se colpisce il muro di una casa, ma la situazione sarà diversa se colpisce un'altra auto che partecipa al traffico. Pertanto, dobbiamo prendere in considerazione molti fattori diversi.

In generale, l'alta velocità non produce lesioni dannose. Ciò che è pericoloso per un essere umano è l'elevata accelerazione o decelerazione in uno specifico lasso di tempo. L'Amministrazione Nazionale del Traffico Autostradale (NHTSA) è un'agenzia che conduce ricerche sulla sicurezza del traffico in tutto il mondo. Descrive la sua missione come Salvare vite, prevenire lesioni, ridurre gli incidenti legati ai veicoli. L'NHTSA afferma che "l'accelerazione massima del torace non deve superare i 60 g per periodi di tempo superiori a 3 millisecondi" (Fonte: NHTSA).

Con il nostro calcolatore per incidenti d'auto, hai imparato che le accelerazioni durante gli incidenti automobilistici possono essere molto più alte di 60 g senza cinture di sicurezza allacciate. Quindi mettile e salvati la vita! L'NHTSA afferma che le cinture di sicurezza riducono il tasso di mortalità del 45% e il rischio di lesioni del 50%.