Az autó ütközésének fizikája

Autóbaleset során az energia továbbadódik a járműből bármilyen ütéshez, legyen az másik jármű vagy álló tárgy. Ez az energiaátadás, a mozgás állapotát megváltoztató változóktól függően, sérüléseket okozhat, és kárt okozhat az autókban és a vagyonban. A becsapott tárgy vagy elnyeli az rámenő energia tolóerőt, vagy esetleg visszajuttatja azt az energiát a járműbe, amely megütötte. Középpontban a különbség Kényszerítés és energia megmagyarázhatja az érintett fizikát.

Az autóbaleset egyértelmű példa erre Newton mozgás törvényei munka. Első mozgási törvénye, amelyet tehetetlenség törvényének is neveznek, azt állítja, hogy egy mozgásban lévő tárgy mozgásban marad, kivéve, ha egy külső erő hat rá. Ezzel szemben, ha egy tárgy nyugalomban van, akkor nyugalomban marad, amíg kiegyensúlyozatlan erő hat rá.

Vegyünk egy olyan helyzetet, amelyben az A autó ütközik egy statikus, törhetetlen fallal. A helyzet az A autóval kezdődik, ha sebességgel halad (v) és a fallal való ütközés után 0 sebességgel fejeződik be. A helyzet erõsségét Newton második mozgási törvénye határozza meg, amely az erõ egyenletét használja a tömeg és a gyorsulás egyenlõjének felhasználásával. Ebben az esetben a gyorsulás (v - 0) / t, ahol t bármilyen idő szükséges az A kocsi megállásához.

A kocsi ezt az erőt a fal irányába gyakorolja, de a statikus és törhetetlen fal ugyanolyan erőt fejt ki a kocsira, Newton harmadik mozgási törvényének megfelelően. Ez az egyenlő erő okozza az autók harmonikáját az ütközések során.

Fontos megjegyezni, hogy ez egy idealizált modell. Az A autó esetében, ha az a falba süllyed és azonnali megállásra kerül, az a tökéletesen rugalmatlan ütközés. Mivel a fal egyáltalán nem szakad el és nem mozog, az autó teljes erőjének a falba kell mennie valahol. Vagy a fal olyan hatalmas, hogy felgyorsul, vagy észrevehetetlen összeget mozgat, vagy egyáltalán nem mozog, ebben az esetben a az ütközés erő hatással van a gépjárműre és az egész bolygóra, amely utóbbi nyilvánvalóan olyan hatalmas, hogy az elhanyagolható.

Egy olyan helyzetben, amikor a B autó ütközik a C autóval, eltérő erőpontokkal számolunk. Feltételezve, hogy a B és a C autó egymástól teljesen tükrök (ismét ez egy nagyon idealizált helyzet), ütköznének egymással pontosan ugyanolyan helyzetben sebesség de ellentétes irányban. A lendület megőrzése óta tudjuk, hogy mindkettőnek pihenni kell. A tömeg megegyezik, tehát a B és a C kocsi által kifejtett erő azonos, és ugyanaz, mint az előző példában az A esetben a kocsire ható erő.

Ez magyarázza az ütközés erejét, de a kérdésnek egy második része is van: az ütközésen belüli energia.

Az erő a vektor mennyiség, míg kinetikus energia egy skalár mennyiség, a K = 0,5 mv képlettel számítva². A fenti második helyzetben minden autó K kinetikus energiájával rendelkezik közvetlenül az ütközés előtt. Az ütközés végén mindkét autó nyugalomban van, és a rendszer teljes kinetikus energiája 0.

Mivel ezek vannak rugalmatlan ütközések, a kinetikus energia nem konzerválódik, de teljes energia mindig konzerválódik, tehát az ütközés során "elveszett" kinetikus energiának más formává kell átalakulnia, mint például hő, hang stb.

Az első példában, ahol csak egy autó mozog, az ütközés során felszabaduló energia K. A második példában azonban kettő mozgó autó, tehát az ütközés során felszabaduló teljes energia 2K. Tehát a B összeomlás egyértelműen energikusabb, mint az A eset.

Vegye figyelembe a két helyzet közötti főbb különbségeket. A kvantum szint a részecskék, az energia és az anyag alapvetően az állapotok között cserélhetők. Az autó ütközésének fizikája soha, bármennyire is energikus, teljesen új autót bocsát ki.

Az autó mindkét esetben pontosan ugyanazt az erőt érinti. Az egyetlen, az autóra ható erő a v-ről 0-ig terjedő sebesség hirtelen lassulása egy rövid idő alatt, egy másik objektummal való ütközés miatt.

A teljes rendszer megtekintésekor azonban a két autóval történő ütközés kétszer annyi energiát bocsát ki, mint a fallal való ütközés. Hangosabb, melegebb és valószínűleg zavarba ejtőbb. Minden valószínűség szerint az autók összeolvadtak egymással, darabok véletlenszerű irányban repültek le.

Ez az oka annak, hogy a fizikusok felgyorsítják a részecskéket egy ütközőben, hogy nagy energiájú fizikát tanulmányozzanak. Két részecskenyaláb ütközése akkor hasznos, mert a részecske-ütközésekben nem igazán érdekel a részecskék erő (amit soha nem mérnek meg); inkább a részecskék energiájáról törődsz.

A részecskegyorsító felgyorsítja a részecskéket, de ezt egy nagyon valós sebességkorlátozással teszi meg, amelyet a Einstein relativitáselmélete. Annak érdekében, hogy kiürítsen extra energiát az ütközésekből, ahelyett, hogy a közel fénysebességű részecskék sugárát egy álló helyzetben, jobb, ha az ellenkező irányba ütközik egy közel fénysebességű részecskék egy másik sugárral irány.

A részecske szempontjából nem annyira "törik tovább", de amikor a két részecske összeütköz, több energia szabadul fel. Részecskék ütközéseinél ez az energia más részecskék formájában is kialakulhat, és minél több energiát húz ki az ütközésből, annál egzotikusabbak a részecskék.