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车重与安全

(2014-09-11 07:56:01) 下一个

 

                                        车重与安全

 

这一类的争论很多,好像很多都不得要领,我总感到有些奇怪,因为这是中学物理都能解决的问题。我下面争取把这个问题说清楚。

首先得明白汽车碰撞为什么会造成人受伤,主要有二点,第一,加速度会造成伤害;第二,驾驶室变形造成的伤害。

后一点很容易理解,用一个大铁锤把车砸扁,如果你在车里,不是超人,也当然扁了。

前一点可以从牛顿第一定律来理解,如果没有外力,物体保持原来的运动状态(速度)。当你乘坐着汽车以每小时60哩的速度行驶时,突然撞到一堵墙,汽车在很短的瞬间速度变成0,这就是很高的加速度。汽车撞到墙你并没有,所以你还是以60哩向前飞奔,直到有个东西让你也停下来。一般是安全带和气囊,不然你就会撞破前面玻璃,飞出驾驶室,也撞到墙上,然后就一命呜呼。

我们首先考虑一些极端的情况来得出结论,这是物理学经常使用的说明问题的办法。假设你的驾驶室没有变形,安全带和气囊都工作正常,是不是你就安全了呢,十分遗憾,完全不能这样说,因为人承受的加速度是有一个限度的,比如我看到一个专家的文章,他计算多太高的加速度会使你的眼睛珠子飞出来(此人肯定爱钻牛角尖),人肯定是没有救了的。

下面谈论两个简单的情况,不考虑汽车的翻滚,太复杂,我想说明道理是足够了。

 

第一种是汽车撞到了一个不可移动的障碍物,比如墙,这时汽车的空间就变得非常重要了。从极端情况来看最好理解,你光着身子以每小时10哩的速度直接撞到墙,我想几乎就肯定要开追悼会了;但如果你穿着一件很厚很厚海绵衣服,有50米厚,每小时100哩不过是一种游戏,因为你是慢慢停下来的,加速度不大,这里作用的时间的长短是关键。

所以我们可以得到一个结论,开完全不变形的汽车相当与开着一口棺材,因为那相当与把汽车撞墙时的加速度完全传递给你了,就不用再花钱买了,所以汽车决不是越硬越好。由此可以知道,汽车的设计者实际上是尽量把车头变成像海绵一样的东西,碰撞时可以变形,这样来减少乘客所承受加速度。当然,由于谁都不愿意被扁,所以驾驶室必须要一定的强度。

从这我们可以理解中国传统哲学为什么说要以柔克刚,硬碰硬必然是两败俱伤。这在处理人与人的关系,特别是家庭成员的关系中,恐怕是硬道理。要用安全带气囊这一类的软东西来限制人不要越界,同时要给人以空间,活动余地,不然后果不会好。

如果没有足够的空间,就不能够有时间来减小加速度,很快就会挤压到驾驶室,驾驶室变形,你就扁了;不变形,那个加速度你受不了,总之是你完蛋。所以在这种情况下,安全与车重没有直接关系。但是,如果认为重的车空间相对要大,结论就是不言而喻。

如果是侧面被撞,没有车头,那就危险得多,但是空间仍然极为重要,直接被扁和加速度造成的伤害我想大家都会作正确的选择。

第二种情况是最应该考虑,也就是车和车相撞,这个最多,不是自杀或者喝多了,谁会朝着墙开呢,可见这二者几乎是一回事。

我们也只考虑一种极端情况,头对头。碰撞在力学上分为三种,完全弹性碰撞;完全非弹性碰撞;以及二者之间,处理碰撞问题物理方法的叫做动量守恒定律。

我们假设二个物体质量完全相同,速度数值相等而方向相反,面对面碰撞。完全弹性碰撞结果就是二个物体仍然速度数值相等,但是都反了方向,台球可以看到这样情况,但有时球手可以使一个球碰撞后不动,我不打台球,不知道怎么做,估计是利用球的旋转,但物理学肯定是不错的。完全非弹性碰撞就是两个物体粘到一起,速度为0。还有一种情况就是出于二者之间。

当然,我们可以想到,汽车的设计者尽量想把碰撞变为完全非弹性碰撞(两团橡皮泥碰撞就是这种),因为完全弹性碰撞可能使速度反向,这里的加速度比碰撞后静止的情况下大了一倍(在相同的时间)。我想他们做得相当好,因为我们从来没有看到两台车头对头碰撞后离得很远。这里又可以看到,汽车最好没有所谓的弹性,因为那会产生完全弹性碰撞。这里的弹性可理解为碰撞后复原程度(不是硬度,这是两个完全不同的东西),比如你撞到钢板,其变形后迅速复原,就会把你狠狠地弹回来;如果是铅板,变形后不会复原。如果太太非要你撞一个,你看了我的文章后,就会选择正确。

我们现在假定汽车头对头的碰撞和橡皮泥一样(完全非弹性碰撞),那么当质量不一样时,物理学告诉我们,质量大的一个里面的乘客要占便宜,越重越有利。我们还是来看极端的情况,比如汽车面对面和火车相撞,假设速度都是60哩,再假设不考虑车厢变形的伤害,如果是完全非弹性碰撞(橡皮泥),那么它们是粘到一起,速度就是一样。因为火车和汽车的质量相差可以达到一万倍,汽车质量可以忽略不计,因此这个速度是火车的。

也就是说,火车的速度没有改变而乘客根本不知道,而汽车速度的改变是60+60=120哩。就算汽车驾驶室不变形,安全带气囊工作正常,我琢磨也到了眼睛珠飞出来的程度了。

 

当然汽车是一个非常复杂的东西,设计,材料都很重要,但是,都只能在物理定律的限制之下,这个大道理是绝不会变的,从上述的极端的情况我们可以就一般情况得到一个大致不错的结论。

所以说,车越重的确越安全,电动车跟一般车不同,电池重而空间并不大,但仍然在第二种情况下有优势(不考虑驾驶室变形)。但是,你要我拿一个具体数据是不可能的,安全涉及的东西太多,太复杂了。总的说来,作用力等于反作用力永远不错,但是要记住,车所受的力不是乘客所受的力,后者所受的力是由周围环境所决定的。

我只能说,开坦克是肯定安全性最好,只要不朝固定障碍物撞,任何车你都用不着怕,因为外壳坚固而加速度又都到别人那里去了。

 

我琢磨这篇东西会打破自己的记录,因为不会有砖头。

 

 

 

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阅读 ()评论 (7)
评论
马上续残梦 回复 悄悄话 楼下的三位都是高人,学习了。。。
无知无为 回复 悄悄话 回复 '昔今评' 的评论 : 呵又来了个学计算机的,认为写出了苹果对苹果的呆子逻辑就可以让工程师闭门造车了。无畏的是谁呀?
昔今评 回复 悄悄话 回复 '无知无为' 的评论 :
我给您两条建议:
1。您的名打错了一个字,应该是“无知无畏”,意思是无知的人什么都敢说。
2。当你比较两个东西的时候,英语里有个说法,叫“apples to apples"。既然要比较两辆车相撞时车重对安全的影响,你就要假设其他条件完全一样,唯一的区别就是重量,然后才有可比性。不能只给一个装上安全气囊,另一个不装,或者把哪辆车里飞起来的东西伤了人也算在里边,得出不一定的结论,那是不懂科学的人的方法。
无知无为 回复 悄悄话 我看你也是个书呆子,Volvo与坦克相撞死不了—没气囊也有保险带—除非被碾过了顶。古有闭门造车,今有红脖子黄粱梦车,估计是软件写烦了吧?
Etornado 回复 悄悄话 在山路飞驶,车越重越不安全。
Etornado 回复 悄悄话 我认为博主和无知无为是在不太一样的范畴看事情,你们并非在same page。博主纯粹谈的是理论的东西,而无知无为谈的是应用层面的东西。

撞车死人其实是人体和车子因相对巨大的加速度而受到了伤害。博主谈的是那些影响这加速度伤害理论的条件,如速度、质量等。他讲的理论如果在一定的条件下的确是完全成立的。如开坦克和Volvo以65公里迎头对撞,肯定是Volvo死定的,就算Volvo有安全气囊、ABS、跑车胎、最好的悬挂系统也没用。

但如果大家都在狭窄的蛇形山路以65公理行驶,肯定Volvo安全多了,坦克没两下就会飞出悬崖。坦克再重再硬也会摔死。无知无为讲的东西就making sense了。

无知无为 回复 悄悄话 一个理论水平很高的书呆子,试着把如下因素计入你的逻辑

1、安全气囊
2、除了撞车外的事故如翻车

并不是车越重越安全,还有车的驾驶性能如抓地、刹车距离。如果悬挂系统不佳车越重越飘,越重越刹不住。车辆设计需要考虑的参数太多,还需不断实践改进,我看你还是做你的书呆子软件吧?
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