The Crumple Zone — Crushing Metal to Save Passengers

الميكانيكا متوسط مجاني VR · AR
The Crumple Zone — Crushing Metal to Save Passengers – الميكانيكا
The Crumple Zone — Crushing Metal to Save Passengers – الميكانيكا

سيارة اختبار تصادم تندفع نحو حاجز خرساني، وعلى مقعد السائق دمية اختبار صفراء يثبّتها حزام أمان ثلاثي النقاط. تضبط أربعة مزالق كتلة السيارة (‎800–2500 كجم‎)، وسرعتها لحظة التصادم (‎20–100 كم/س‎)، وطول منطقة الانبعاج — وهي الجزء الأمامي المصمَّم لينطوي — من ‎0.10 م‎ (مقدمة شبه صلبة) إلى ‎0.80 م‎، وكتلة الدمية (‎50–100 كجم‎). يبدأ المشهد متوقفًا قبيل التصادم مباشرة. اضغط زر التشغيل فيجري التصادم مرة واحدة، مصوَّرًا كأنه بكاميرا عالية السرعة أبطأ من الواقع ‎40‎ مرة، حتى تسكن السيارة والدمية؛ واسحب الخط الزمني لترى أي لحظة منه، وحرّك أي مزلاق لترى اللحظة نفسها من تصادم آخر. راقب المقدمة الزرقاء وهي تنطوي كالأكورديون على الحاجز بينما تبقى المقصورة سليمة، والحزام وهو يمسك الدمية حين يميل نصفها العلوي إلى الأمام، والسهم الوردي للقوة المؤثرة في الدمية، ومنحنى القوة مع الزمن وهو يُرسم بجانبها.

كيف تستخدم هذه المحاكاة

ما الذي تلاحظه

الفيزياء وراءها

أيًّا كان تصميم السيارة فعليها أن تفقد سرعتها كلها: ‎13.9 م/ث‎ عند ‎50 كم/س‎. في هذا النموذج تنسحق المقدمة بقوة ثابتة، فتتباطأ السيارة بانتظام على طول الانبعاج ‎L‎ وتتوقف بعد ‎t = 2L/v‎: بعد ‎86‎ مللي ثانية عند ‎L = 0.60 م‎، وبعد ‎14‎ مللي ثانية عند ‎0.10 م‎. ثم يرتد المعدن المضغوط قليلًا ويدفع السيارة بعيدًا عن الحاجز بسرعة ‎e × v‎، إذ يقل معامل الارتداد ‎e‎ من ‎0.30‎ للمقدمة الصلبة إلى ‎0.03‎ عند ‎0.80 م‎، وبعدها تُكبَح السيارة حتى تسكن. يتغير زخم السيارة بمقدار ‎Δp = m v (1 + e)‎، ومتوسط القوة ‎F = Δp/Δt‎. والدمية المربوطة بالحزام تتباطأ مع السيارة، فالقوة المؤثرة فيها تساوي كتلتها مضروبة في التباطؤ نفسه: ‎70 كجم × 15.4 م/ث ÷ 0.096 ث‎ = ‎11.3‎ كيلونيوتن (‎16 g‎، أي ‎16‎ ضعف عجلة السقوط الحر) مع منطقة انبعاج طولها ‎0.60 م‎، مقابل ‎67.6‎ كيلونيوتن (‎99 g‎) مع ‎0.10 م‎. وهذه القوة لا تتوقف على كتلة السيارة إطلاقًا، وتزداد مع مربع السرعة وبالتناسب مع كتلة الراكب. ومن طاقة الحركة البالغة ‎116‎ كيلوجول (‎½ × 1200 × 13.9²‎) لا يعود في الارتداد إلا الجزء ‎e²‎؛ والباقي — ‎114.6‎ كيلوجول عند ‎0.60 م‎ — يتحول إلى طاقة داخلية في المعدن المنثني عبر التشوه الدائم والاهتزاز والتسخين، ومعها قليل من الصوت. نبضات التصادم الحقيقية ليست مسطّحة، والنموذج يستعمل متوسطها، ويفترض أن الحزام يثبّت الوركين على المقعد ولا يسمح للجزء العلوي من الجسم بالميل إلا بقدر ما يرتخي الحزام.

crumple zoneF = Δp/Δtimpulseinelastic collisioncoefficient of restitutioninternal energyseat beltcar safety3D