Cyrus Mistry – Capire gli incidenti stradali: velocità, quantità di moto e delta-v

Rajeev Kelkar, Ph.D., socio fondatore di InSciTech, una società di consulenza scientifica e ingegneristica nell’area della baia di San Francisco, delinea alcuni fondamenti della fisica per spiegare cosa succede durante gli incidenti stradali

Il SUV Mercedes coinvolto nell’incidente d’auto del 4 settembre che ha ucciso l’ex presidente dei Tata Sons Cyrus Mistry e Jehangir Pandole della KPMG.

immagine PTI

Il nostro Web Desk | Pubblicato il 09.09.22, 16:03

Qual è un buon punto per iniziare a capire gli incidenti?

Fondamentalmente, dobbiamo capire la velocità, la quantità di moto, l’accelerazione e la decelerazione e, fondamentalmente, la durata nel tempo degli incidenti. Come ingegnere, tutto risale alle leggi fondamentali. Le leggi del moto di Newton, la conservazione dell’energia e la conservazione della quantità di moto. E fammi vedere se riesco a farlo senza equazioni.

La prima legge del moto di Newton è che qualsiasi oggetto continua in movimento in linea retta a meno che non venga agito da una forza esterna o esterna. Cosa significa questo per un’auto? Significa che una volta che un’auto è in movimento (e non c’è accelerazione applicata), continuerà a muoversi fino a quando (ad esempio) azionate i freni (causando forze di attrito tra le gomme e la strada) o andate in salita (contro un effetto gravitazionale forza) o colpisci qualcosa (causando una forza di contatto).

La seconda legge del moto di Newton è che la velocità con cui un oggetto accelera o rallenta è proporzionale alla forza applicata. Cosa significa questo per un’auto? Se si rallenta l’auto da 50 km/h (ad esempio) applicando i freni gradualmente, le forze sull’auto sono minori. Tuttavia, se a 50 km/h (ad esempio), l’auto colpisce un muro immobile e si ferma improvvisamente, le forze sull’auto sono molto più elevate.

La quantità di moto è la massa di un oggetto moltiplicata per la sua velocità (o velocità per tutti gli scopi pratici nella nostra discussione). Quando un oggetto si scontra con un altro oggetto, la quantità di moto viene trasferita e le velocità cambiano. Quando un oggetto pesante colpisce un oggetto molto più leggero, la velocità dell’oggetto pesante cambia leggermente e la velocità dell’oggetto più leggero cambia notevolmente. Puoi pensare a un divisorio in cemento come a un oggetto molto pesante, praticamente immobile.

Infine, la decelerazione o accelerazione è la variazione di velocità divisa per la variazione di tempo.

E con questo background, penso che possiamo discutere di come si comportano le auto e i loro occupanti in caso di incidenti.

Cosa succede quando un’auto colpisce un divisorio?

Quando un’auto colpisce uno spartitraffico, rallenta e si ferma molto improvvisamente (in circa 0,1 secondi a 0,2 secondi). Gli occupanti non sono fissati rigidamente all’auto, a differenza delle portiere o del cruscotto o delle luci interne dell’abitacolo. Invece, gli occupanti sono seduti sui sedili, ma possono muoversi rispetto all’auto. Pensa a quando un’auto frena fortemente o un autobus frena fortemente: tutti gli occupanti tendono a muoversi in avanti rispetto al veicolo, e sono i sistemi di ritenuta (nelle auto) o le cinghie/appigli (negli autobus) che aiutano a rallentare e fermare il movimento in avanti.

Classificazione degli infortuni.

Come si può vedere nella fotografia dell’incidente di Cyrus Mistry, (sopra), lo spazio dell’abitacolo sembra in gran parte intatto. Il parabrezza appare integro. I finestrini laterali sul lato passeggero sono intatti indicando che non vi è alcuna intrusione o compromissione significativa nell’abitacolo relativa alla parte superiore del busto o lesioni alla testa, in particolare nell’abitacolo del passeggero posteriore. Questo è importante, perché in assenza di intrusione o compromissione dello spazio passeggeri, la gravità dell’incidente può essere classificata come bassa, moderata o alta osservando il delta-V (o cambio di velocità) che un veicolo subisce IN UN INCIDENTE. È fondamentale includere “in un incidente” perché include implicitamente la durata di una collisione. È qui che la Seconda Legge di Newton diventa rilevante.

In un incidente, quando hai un delta-V in un periodo di tempo molto breve (chiamalo delta-t) e usi una parte di fisica del liceo: “cambiamento di velocità” diviso per “cambiamento di tempo” è l’accelerazione ( o decelerazione) e se si ricorda la Seconda Legge di Newton, l’accelerazione è un surrogato della forza (legata dalla massa dell’oggetto che viene accelerato o decelerato). F = m a. Quindi, maggiore è l’accelerazione, maggiore è la forza sul corpo.

Cosa succede quando si azionano i freni?

Quando si rallenta da 80 km/h a zero applicando i freni, la velocità cambia di 80 km/h. Tuttavia, questo non è considerato un delta-V di 80 km/h nel gergo della ricostruzione dell’incidente, perché quel cambiamento di velocità avviene nel corso di diversi secondi (da 3 a 12 secondi, a seconda di quanto si frena). Implicito nel termine “delta-V” è la durata del tempo durante il quale cambia la velocità (cioè, quanto velocemente l’auto rallenta o accelera), e in incidenti come questo, il delta-V si verifica in circa 100 a 200 millisecondi, quindi in circa un decimo a un quinto di secondo. Confronta 1/10 o 1/5 di secondo con 3-12 secondi. Questo è un fattore da 15 a 120 maggiore. Puoi facilmente vedere come le forze negli incidenti siano significativamente maggiori delle forze durante la frenata anche se il cambio di velocità è lo stesso.

In che misura la velocità è un fattore mortale in un incidente automobilistico quando tutti gli occupanti sono allacciati alla cintura?

Naturalmente, la velocità gioca un ruolo. Negli Stati Uniti, i veicoli vengono testati a velocità comprese tra 48 km/h e 64 km/h contro le barriere e si suppone che i sistemi di ritenuta prevengano gravi lesioni mortali. Se si prende un veicolo e lo si urta contro una barriera a 120 km/h, è improbabile che la cintura di sicurezza sia in grado di prevenire un grave infortunio mortale. A volte c’è semplicemente troppa energia da dissipare e la capacità di ritenuta delle cinture di sicurezza viene sopraffatta.

Indicatori statistici dell’efficacia delle cinture di sicurezza.

Ci sono molti dati sull’efficacia delle cinture di sicurezza negli Stati Uniti. Si stima che le cinture di sicurezza riducano le lesioni mortali del 45-50%. Una stima di 15.000 vite vengono salvate ogni anno da occupanti che indossano le cinture di sicurezza. Circa il 90% degli americani indossa le cinture di sicurezza. La National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) ha molte informazioni sull’efficacia delle cinture di sicurezza (nhtsa.gov e https://www.nhtsa.gov/risky-driving/seat-belts ).

Rajeev Kelkar ha conseguito un dottorato di ricerca in ingegneria meccanica presso la Columbia University. È specializzato nella ricostruzione di incidenti e nella biomeccanica delle lesioni umane. Ha ricevuto il Charles S. Neer Award for Outstanding Basic Science Research, presentato all’Annual Meeting of the American Shoulder and Elbow Surgeons, 1996.

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