Fyzika má odpovědi
Při srážce dvou aut je hmotnost klíčovým faktorem. Z pohledu fyziky se dá o přímé kolizi uvažovat jako o takzvané nepružné srážce. To je srážka, při které platí zákon zachování hybnosti, ale už neplatí zákon zachování kinetické (pohybové) energie. Tento termín nám říká, že se při srážce zachovává celková hybnost, ale nezachovává se celková kinetická energie [1].
Vzorec popisující zákon zachování hybnosti vypadá následovně:
m₁v₁–m₂v₂=(m₁+m₂)v₃
kde m₁ a m₂ odpovídají hmotnosti prvního, resp. druhého auta, v₁ a v₂ odpovídají jejich rychlosti (znaménko mínus odpovídá opačnému směru rychlosti v₂), v₃ odpovídá společné rychlosti aut těsně po srážce. Z tohoto vzorce plyne, že při srážce těžší auto změní rychlost méně než lehčí auto. V této rovině je tedy pro vás lepší se nacházet v těžším vozidle.
Reálná čísla
Cybertruck podle výrobce [2] váží přibližně 3100 kg a budeme předpokládat, že BMW může mít kolem 2200 kg. Pokud dojde k čelní srážce při rychlosti obou aut 50 km/h, potom po srážce dle rovnice se budou auta spolu pohybovat rychlostí 8,4 km/h ve směru rychlosti těžšího auta, jehož pasažéři budou vystaveni menšímu zrychlení (menší ztráta rychlosti). Zranění z prudkého zpomalení je ale jen jedna stránka věci. Další dva důležité faktory jsou, jak dlouho bude probíhat ono zpomalení a co se děje s přebytečnou kinetickou energií automobilů při nepružné srážce.
Deformační zóny
V tuto chvíli přichází na scénu deformační zóny. Ty jsou záměrně vyráběny tak, aby při srážce nezranily pasažéry, ale zároveň aby bylo snadné je deformovat (změnit jejich tvar) již při relativně malých silách. Postupnou deformací těchto zón dojde ke kontrolovanému odvedení přebytečné kinetické energie aut do deformace karosérie. Kdyby se to dělo nekontrolovaně, hrozí, že nějaká část automobilu zraní pasažéry ve voze. Zároveň se postupnou deformací prodlouží doba trvání tak, aby tělo pasažéra, zejména jeho hlava a mozek v ní, nebylo vystaveno příliš velkému zrychlení [3]. Důležité je, že přítomnost těchto zón chrání pasažéry obou vozidel při čelní srážce.
Tato rovnice je v podstatě zprůměrovaný Newtonův zákon síly [1]. Hmotnost m známe a změnu rychlosti v jsme vypočítali ze zákona zachování hybnosti. Ale v levé části máme součin průměrné síly Fprům a dobu trvání srážky t. Čím větší síla, tím kratší doba srážky a naopak, tudíž malá síla (malá síla potřebná pro plastickou deformaci plechů v deformační zóně) znamená delší čas srážky. A protože nás zajímá velikost zrychlení neboli změna rychlosti podělená dobou trvání srážky – v/t, je pro naše zdraví vhodné mít dobu srážky co nejdelší, tudíž chceme, aby síla potřebná na deformaci byla relativně malá.
V podstatě je to stejné, jako kdybyste skákal z výšky na hromadu cihel nebo na hromadu kartonových krabic. Kartonové krabice sice svým pádem zničíte, ale rozhodně to bude bolet méně než dopad do cihel, protože postupným zmačkáním krabic se váš pád zbrzdí daleko pomaleji a na vás po dobu brzdění působí menší síla.
Závěr
Protože máme jeden argument pro Cybertruck a jeden pro auto s deformačními zónami, je těžké říct, kdo v dané srážce mohl utrpět větší zranění. Ale pokud bychom se bavili v obecnější rovině, je pro bezpečí vaše i zbytku silničního provozu lepší mít automobil s deformačními zónami.
Pro Zeptej se vědce odpovídal Jan
Zdroje:
[1] Štoll, I. (2010). Mechanika. Nakladatelství ČVUT
[2] https://www.tesla.com/cybertruck
[3] P.K. Mallick, Designing lightweight vehicle body, Materials, Design and Manufacturing for Lightweight Vehicles (Second Edition), Woodhead Publishing in Materials, 2021, Chapter 10, Pages 405–432