Складываются ли скорости при лобовом ударе автомобилей? (для ЛЛ - складываются)
Читая различные комментарии и обсуждения, посвященные произошедшим ДТП с лобовым столкновением автомобилей, очень часто видел заключения диванных экспертов что при лобовом столкновении скорости автомобилей не складываются. Это утверждение никак не укладывалось у меня в голове, поскольку я в школе хорошо учил физику и помню опыты с тележками. Допустим две тележки движутся навстречу друг другу, одна со скоростью 50 км/ч, другая 60 км/ч. Если взять за систему отсчета «землю», то относительно нее тележки движутся со скоростями 50 км/ч и 60 км/ч соответственно. Но направления скоростей противоположные, а скорость – векторная величина. Складывая по правилам эти вектора получаем результирующую скорость сближения 110 км/ч. Казалось бы, это же элементарно, как 2х2, как же можно отрицать столь очевидные вещи? Аналогично, если принять за точку отсчета первую тележку со скоростью 50 км/ч, получается, земля движется относительно нее со скоростью 50 км/ч, а вторая тележка движется в ТУ ЖЕ СТОРОНУ, что и земля, со скоростью 60 км/ч. И опять, при сложении векторов получаем скорость сближения 110 км/ч. Если тележки движутся в попутном направлении, одна со скоростью 120 км/ч, другая со скоростью 40 км/ч, то они столкнутся со скоростью в момент удара, равной 80 км/ч.
Почему же среди малообразованных граждан укоренилось мнение что скорости не складываются? При попытке спросить их, а что же происходит со скоростью, она вычитается, умножается или берется их среднеквадратичная сумма, чаще всего слышен или невразумительный ответ, или, в лучшем случае, приводится какая-нибудь копипаста, вроде этой: https://zen.yandex.ru/media/autoway/pochemu-skorost-pri-lobo...
Даже при беглом просмотре этой писанины, не вникая в сложные и ненужные умопостроения с тонкими резиновыми стенками, в глаза сразу бросаются сразу два грубых противоречия. Автор утверждает что «энергия удара двух автомобилей взаимоскомпенсируется». Но ведь энергия – это скалярная величина, она не бывает с отрицательным знаком и не может взаимоскомпенсироваться в принципе! Если сталкиваются два тела с энергией 4Е и 2Е, и после столкновения их скорости (и, соответственно, энергии) равны нулю, то в месте удара выделится энергия 6Е, а не 2Е, как пытается убедить нас автор этой статьи. Также в конце автор совершенно ни к месту приводит 3 з-н Ньютона, который касается сил. При чем тут силы, если до этого он вел речь про энергии? Сила сама по себе ничего не значит, она может быть сколь угодно большой, но если действует доли секунды, она просто не успеет ничего сделать. Работу совершает энергия! Работу по деформации металла кузова сталкивающихся автомобилей совершает энергия, равная сумме кинетических энергий этих авто. А кинетическая энергия прямо пропорциональна скорости, причем в квадрате! Вспомним всем известную формулу Е=mV^2/2.
Чтобы понять, откуда растут ноги этого бреда, мне пришлось посмотреть те самые передачи «Разрушителей мифов», на которые ссылается автор статьи. Несмотря на тот же ни к месту приведенный 3 з-н Ньютона (очевидно для просвещения малообразованного американского населения и для придания некой «научности» простому зрелищу по разбиванию старых автомобилей), и заявление о том что «энергия ушла в массу» (вероятно, просто корявый перевод), удалось понять ту мысль, которую изначально пытались донести до зрителей авторы этой передачи. И мысль эта звучит так: при столкновении двух ОДИНАКОВЫХ автомобилей на ОДИНАКОВЫХ скоростях, их повреждения будут такими, как если бы КАЖДЫЙ из них въехал на этой же скорости в недеформируемую (бетонную, металлическую) стенку. То есть, если сталкиваются два одинаковых автомобиля на скорости 60 км/ч, их повреждения будут похожими на те, которые они получат каждый, въехав на скорости 60 км/ч в бетонную стену. Вот и все. Рассматривается один лишь строго конкретный частный случай. Ничего про то, что скорости не складываются, там нет. Смысл посыла совершенно другой. Суммарная скорость сближения все равно будет 120 км/ч, не смотря ни на что.
Вот, значит, что. Люди, не отягощенные знаниями физики, восприняли это утверждение не просто буквально, а слишком буквально и упростили его до универсальной фразы «скорости не складываются» которую и талдычат, абсолютно не понимая сути. Дескать, якобы все автомобили, сталкиваясь, будут получать повреждения такие, как будто они ехали на своей скорости, а между тем это не так, об этом говорит даже простой здравый смысл.
Рассмотрим сначала те ограничения и допущения, при которых это утверждение верно.
Во-первых, автомобили должны быть АБСОЛЮТНО одинаковыми, по массе, по конструкции, по техническому состоянию. Если сталкиваются фура массой 20 т и мотоциклист массой 0,3 т это утверждение явно не работает и мотоциклисту явно пипец. Конструкция также должна быть идентичной, чтобы был одинаковый характер сминаемости и поглощения энергии удара. Если в одном авто вварили силовой каркас по периметру из швеллера 20-ки, результат аварии будет также другим, явно не в пользу того авто, с которым этот монстр столкнется. Под техническим состоянием я подразумеваю степень гнилости кузова и его способность держать удар. Не секрет, что часто силовые элементы многих автомобилей благодаря дорожным реагентам уже за 10 лет эксплуатации сгнивают настолько, что говорить о какой-либо их прочности не приходится.
Во-вторых, скорости сталкивающихся авто должны быть одинаковыми. Если в лобовую столкнутся два ОДИНАКОВЫХ автомобиля, но один на скорости 60 км/ч, а второй при этом просто стоял на месте, то повреждения будут такими как при лобовом столкновении если бы КАЖДЫЙ двигался со скоростью 30 км/ч. То есть, скорость одного автомобиля как бы делится пополам между обоими.
В третьих, характер повреждения при столкновения определяется исключительно по отношению к столкновению с массивной бетонной (или металлической) недеформируемой плитой. Почему именно с плитой? Да, наверное, потому что все краш-тесты и испытания проводятся при столкновении именно с такой плитой (с различным перекрытием и прочими нюансами) и больше сравнивать просто не с чем. Но такая оценка пригодна лишь для очень грубых суждений, поскольку в реальности автомобили с чем только не сталкиваются, но только не с идеальными плитами.
В общем, упрощенное утверждение что «скорости не складываются» соответствует реальности лишь в одном-единственном случае, и то воспроизводимом разве что в лаборатории.
Также вместе с комментариями о том что «скорости не складываются» часто присутствуют утверждения о низком уровне безопасности отечественных авто, особенно если в обсуждаемом ДТП пострадали именно они. С гневными сентенциями их запретить и на дороги не пущать. Это опять сплошные эмоции и не имеют ничего общего с реальным положением дел. При столкновении, как я указал выше, имеет важное значение как оно произошло, с кем, на какой скорости. По этим факторам, в первую очередь, необходимо судить о безопасности находящихся в машине людей, а не по марке автомобиля. Сильный удар в боковую водительскую или пассажирскую двери почти всегда приводит к серьезным травмам, в слабой зависимости от марки автомобиля. Просто тупо потому что ширина двери 10-20 см и невозможно разместить в этом небольшом промежутке элементы, способные более-менее погасить удар. Подушка безопасности немного улучшает ситуацию, отбрасывая тело человека подальше от зоны деформации. Напротив, удар в моторный отсек неплохо гасится деформацией находящихся там железяк. Удар в багажник также относительно безопаснее для водителя, просто потому что от него до водителя далеко.
Ну и, конечно же, основное влияние на тяжесть последствий оказывает скорость и масса сталкивающихся авто. Скорость - потому что она в квадрате, а масса - потому что она влияет на перераспределение энергии при столкновении. Рассмотрим простой пример: допустим, сталкиваются малолитражка массой 1 т и фура массой 20 т. Пусть оба автомобиля имеют по 5 звезд безопасности, то есть при столкновении на скорости 60 км/ч с бетонной стеной оба водителя гарантированно выживут. Сталкиваются автомобили на одинаковой скорости, 60 км/ч. Соответственно, энергия малолитражки пусть будет 1Е, а фуры 20Е. Суммарная энергия, выделившаяся в месте удара, будет 21Е. Как она перераспределится между транспортными средствами? Да хрен его знает, пусть будет для определенности 50:50. Повреждать фуру будет энергия 10,5Е и повреждать микролитражку будет энергия 10,5Е. Как мы раньше предположили, у каждого авто по 5 звезд, поэтому, грубо говоря, каждое авто может при ударе погасить своими конструктивными элементами свою же энергию на скорости 60 км/ч. То есть фура может погасить энергию 20Е, а малолитражка 1Е. Для фуры удар энергией 10,5Е не приведет к серьезным последствиям, для легковушки удар в 10,5Е будет фатальным, поскольку она рассчитана погасить только 1Е, а на нее действует в 10 раз больше! Не нужно иметь семь пядей во лбу чтобы понять что в легковушке будут трупы несмотря на все ее 5 звезд безопасности. Просто только потому, что она столкнулась с телом, намного большим ее по массе и имеющим существенно большую энергию. Это будет эквивалентно тому что она столкнулась с бетонной стеной не на скорости 60 км/ч, на на скорости в корень из 10,5 (3,24) раза большей, то есть на скорости 194 км/ч. В реальности же дело обстоит еще хуже, поскольку конструктивные элементы фуры намного прочнее, они будут деформироваться намного меньше и энергия удара перераспределится не поровну, а, например, 70:30, где 30% энергии потратится на деформацию фуры, а остальное уйдет в легковушку с катастрофическими для нее последствиями.
Резюмируя, можно сказать, что на дороге тяжелая 21 волга с прочными малосминаемыми кузовными элементами будет безопаснее малолитражки. Волга, имея большую массу, перераспределит энергию удара в малолитражку, сминая ее элементы безопасности до тех пор, пока не домнет до водителя.
Я написал столько букав исключительно ради безопасности и правильного ее понимания, понимания физики процесса. Чтобы водители не обольщались весокими рейтингами краш-тестов своих автомобилей и не пребывали в ложной уверенности своей безопасности. И уж тем более не вводились в заблуждение фразами что, якобы, «скорости не складываются». Они складываются, еще как складываются.
