The Helmet Drop Test — Stretching the Stop
La tête doit s'arrêter de toute façon : que change donc la mousse d'un casque ? Une fausse tête métallique coiffée d'un casque en coupe est suspendue au-dessus d'une enclume d'acier, le sommet du crâne vers le bas, comme sur un banc d'essai de casques ; la touche lecture la lâche une seule fois. Les curseurs règlent la masse de la tête, la vitesse d'impact et l'épaisseur de la doublure en mousse. La chute est montrée 5 fois plus lentement et l'arrêt 250 fois plus lentement, la vue se rapprochant de l'enclume, si bien qu'on voit la mousse s'écraser pendant qu'un graphique force-temps enregistre l'impulsion ; la ligne de temps permet d'aller à n'importe quel instant.
Comment utiliser cette simulation
- Masse de la tête m : de 3 kg à 7 kg (5,0 kg par défaut).
- Vitesse d'impact v : de 2 m/s à 8 m/s (6,0 m/s par défaut) ; la hauteur de chute h = v²/2g en découle.
- Épaisseur de la doublure en mousse t : de 0 mm à 40 mm (30 mm par défaut) ; 0 correspond à une tête sans casque.
- Lecture/pause, retour au début, une ligne de temps que l'on peut faire glisser jusqu'à n'importe quel instant, et ralenti ½×, ¼×, ⅛×.
- Faites glisser sur la scène pour regarder autour.
Ce qu’il faut observer
- Quelle que soit la doublure, la tête arrive avec la même quantité de mouvement et finit au repos : Δp reste 30 N s avec la masse et la vitesse par défaut.
- Au ralenti, la mousse du sommet s'écrase contre l'enclume ; 30 mm de mousse finissent à environ 9 mm.
- L'aire ombrée sous l'impulsion de force vaut toujours Δp, mais une mousse plus épaisse change un pic haut et étroit en un plateau bas et large.
- Avec 30 mm de mousse, la force moyenne vaut environ 3,6 kN (73 g) ; sans mousse, environ 22,5 kN (460 g), soit plus de six fois plus.
- Une tête plus lourde demande plus de force pour s'arrêter, mais sa décélération moyenne en g ne change pas.
- Un impact plus rapide fait croître la force comme le carré de la vitesse : à 8 m/s il faut 16/9 de la force à 6 m/s.
La physique derrière
La fausse tête tombe de h = v²/2g et atteint l'enclume à la vitesse v : elle arrive avec une quantité de mouvement mv et finit au repos, donc Δp = mv quelle que soit la doublure — 30 N s pour la tête par défaut de 5,0 kg à 6,0 m/s (une chute de 1,84 m). La mousse ne peut pas changer Δp : elle allonge l'arrêt. Dans le modèle, la mousse s'écrase de 70 % de son épaisseur sous une force presque constante, et la peau de la tête et le rembourrage cèdent 4 mm de plus : la tête s'arrête sur d = 0,7t + 4 mm. En supposant l'arrêt uniforme, il dure Δt = 2d/v et la force moyenne vaut F = Δp/Δt = mv²/2d. Avec 30 mm de mousse : d = 25 mm, Δt = 8,3 ms, F ≈ 3,6 kN, une décélération moyenne d'environ 73 g. Sans mousse : Δt = 1,3 ms, F ≈ 22,5 kN, environ 460 g. Le graphique montre la force résultante — l'enclume porte aussi le poids de la tête — : une impulsion à plateau avec la mousse, un pic étroit sans elle, et son aire vaut toujours Δp. Une tête plus lourde demande une force proportionnellement plus grande, mais sa décélération en g ne dépend que de v et de d. Les normes d'essai limitent la décélération maximale, à environ 250–300 g.