Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 15. 09. 2008 00:01

Lukee
Administrátor
Místo: Opava
Příspěvky: 1850
Škola: UPOL, Informatika
Pozice: Roznašeč reklamních bannerů
Web
 

Srážka dvou aut

Četl jsem jednou diskusi na nějakém serveru o autech a strašně mě tam zmátla debata o tom, jestli je horší čelní srážka dvou aut nebo když auto narazí při stejné rychlosti do stěny. Obě strany svá tvrzení dokazovaly různými fyzikální zákony a nakonec se do toho všichni zamotali. Takže otázka:

Jede auto a ve stovce vletí do zdi. Tato zeď se prakticky ani nehne, poškození zdi je minimální.
Teď jedou dvě auta. Každé jede stovkou. Nastane čelní srážka.

Otázka zní, která nehoda bude horší, respektive kdy budou auta víc na maděru? Jedna strana říkala, že při čelní srážce dvou aut se rychlosti prakticky sčítají, takže to je, jako kdyby každé auto narazilo do zdi dvoustovkou. Druzí říkali, že to bude stejné, protože v případě nárazu do zdi jde všechna ničivá energie do auta (zeď je pevná a skoro se nepoškodila), kdežto při srážce dvou aut se tato dvojnásobná energie dělí mezi dvě auta, takže výsledná ničivá síla je přibližně stejná.

Kde je pravda? :-)


2+2=4

Offline

 

#2 15. 09. 2008 00:32 — Editoval BrozekP (16. 09. 2008 11:35)

Pavel Brožek
Místo: Praha
Příspěvky: 5694
Škola: Informatika na MFF UK
Pozice: Student
Reputace:   194 
 

Re: Srážka dvou aut

Já myslím, že efekt bude stejný. Srážka dvou aut je v podstatě nepružná, takže pokud jsou auta stejně těžká, tak podle zákona zachování hybnosti se auta během krátké chvíle zastaví stejně jako v případě nárazu do stěny ve stovce.

Pokud by ale jedno auto bylo těžší (například auto x autobus), tak podle zákona zachování hybnosti se soustava bude pohybovat po nárazu jistou rychlostí ve směru původního pohybu těžšího auta. Pro lehčí auto tedy změna rychlosti bude větší a bude to pro něj mít horší následky než ve stovce do zdi. V extrémním případě, kdy hmotnost těžšího auta je mnohem větší, to bude odpovídat té srážce se zdí v klidu při dvoustovce. (edit: toto platí pouze pokud se těžší auto vůbec nedeformuje, což většinou není splněno)

EDIT: Ještě taková úvaha:

Představme si dvě stejná auta, která budou mít na předku přidělanou pevnou svislou desku. Pošleme je proti sobě. Situace je naprosto symetrická, takže od chvíle, kdy se desky na předcích aut dotknou, na soustavu dvou desek působí z obou stran stejná síla. Desky jsou tedy v klidu, dokud si auta "nepředají hybnost". Pro obě auta je to tedy jako by ve stovce narazily do zdi. Nebo ne? :-)

Offline

 

#3 16. 09. 2008 03:38

medvidek
Moderátor
Místo: Praha
Příspěvky: 860
Reputace:   53 
 

Re: Srážka dvou aut

Jednou můj kolega vyprávěl, jak stál s autem na červené na semaforu, když ve zpětném zrcádku uviděl zezadu rychle se blížit auto. Na poslední chvíli intuitivně sundal nohu z brzdy s cílem zmírnit účinek nárazu, ke kterému v zápětí došlo. Dodnes je přesvědčen, že udělal dobře, zatímco já jsem s ním hodně polemizoval. Dá mi někdo za pravdu, popřípadě má někdo zájem provést fyzikální analýzu?

Doplňující informace:
a) v tomto případě evidentně nehrozilo dodatečné nebezpečí v důsledku proniknutí auta za červeně svítící semafor,
b) kolega byl v autě sám - na zadních sedadlech nikdo neseděl,
c) odhadovaná rychlost dojíždějícího auta byla prý alespoň 50km/h,
d) obě auta byla osobní, přibližně stejná.
Budu-li znát, doplním další informace.

Offline

 

#4 16. 09. 2008 10:46

rughar
Příspěvky: 424
Škola: MFF UK
Pozice: Vědecký pracovník
Reputace:   27 
 

Re: Srážka dvou aut

↑ medvidek:Tím že odbrzdil, tak rozhodně snížil poškození obou aut. Důvod je velice prostý. Při odbrždění zůstane po srážce nějaká část původní kinetické energie přijíždějícího auta opět v kinetické energii (obou aut). Co se týče otázky demolice aut, bylo tedy určitě lepší odbrzdit. Druhým faktorem je náhlá změna rychlosti aut. Pokud do vás někdo (50 km/h bohatě stačí) napálí ze zadu, zlomíte si vaz, když nemáte opěrky na hlavu. A když je máte, tak to v každém případě nebude moc příjemné. Zabržděné auto takto klade větší odpor proti rozjetí a proto je to pro člověka v zabržděném autě lepší z hlediska toho, jak je náraz nárazový :-). Na první pohled to vypadá, že chudák v druhém autě to ale zas odnese celé a je lepší odbrzdit, aby jste si ten náraz rozdělili mezi sebe. Jenže při zabrždění bude trvat srážka zhruba dvakrát déle, čili fakt, že změna jeho rychlosti bude dvakrát tak veliká zhruba zabrždění neovlivní. Čili zadní auto zažije náraz (= prudké zrychlení) stejné v obou případech. Řidič stojícího auta nezažije skoro žádný náraz při zabrždění a celkem silný při odbrždění (riskuje, že si zlomí vaz). Při zabrždění pak dojde k větší devastaci aut.

Předpokládám, že srážka je skoro dokonale nepružná, takže sitace pro auta z hlediska mechaniky bude vypadat nějak takto:

1. při odbrždění
Zadní auto napálí rychlostí v do předního a po srážce se budou obě auta pohybovat rychostí v/2 v témže směru. Tedy 1/2 kinetické energie přijíždějícího auta zkončí v devastaci aut. Změna rychlosti obou aut v určitém krátkém čase bude v/2.

2. při zabrždění
Zadní auto napálí rychlostí v do předního a obě zůstanou stát. Celá kinetická energie přijídějícího auta přejde do devastace aut. Změna rychlosti zadního auta bude v a přední auto zůstane stát. Srážka však trvá dvakrát takovou dobu, takže nárazové zrychlení se výrazně nezmění (předpokládám, že zpětná síla proti deformaci auta je konstantní).

Pokud jsou oba řidiči zabezbečení (bezepočností pásy, opěrky na hlavu), tak by bylo asi lepší odbrzdit protože v tomto případě bude větší riziko v tom, že devastace aut může sama o sobě řidiče poranit. Pokud bych neměl opěrku za hlavou, tak by odbrždění byla sebevražda.


1 + 1 = 1 + 1
... a nebo taky ne

Offline

 

#5 16. 09. 2008 14:40 — Editoval BrozekP (16. 09. 2008 14:41)

Pavel Brožek
Místo: Praha
Příspěvky: 5694
Škola: Informatika na MFF UK
Pozice: Student
Reputace:   194 
 

Re: Srážka dvou aut

↑ rughar:

Pokud by brzdy byly schopné auto udržet do určité míry na místě, pak máš jistě pravdu. Já si nemyslím, že by brždění při nárazu 50km/h bylo příliš účinné. Nemám to ale podložené žádnými výpočty, je to jen můj názor.

Je zřejmé, že při brždění stojící auto předá jedoucímu více hybnosti (oproti případu bez brždění). Je ale otázkou, jestli při stejné síle za delší čas nebo za stejný čas při větší síle. Bude to zřejmě něco mezi. Ty předpokládáš konstantní sílu, mohl bys tento předpoklad něčím podložit?

Offline

 

#6 16. 09. 2008 15:11 — Editoval rughar (16. 09. 2008 15:12)

rughar
Příspěvky: 424
Škola: MFF UK
Pozice: Vědecký pracovník
Reputace:   27 
 

Re: Srážka dvou aut

↑ BrozekP:
Na začátek bych připomenul, že celý případ jsem uvažoval trochu zidealizovaně. V tom by si asi měl člověk udělat jasno jako první.
Představuji si to tak, že na každý sražený centimetr auta je třeba vynaložit stejnou práci (stejnou co do smyslu fáze, ve které jsou auta při srážení). Jakmile budu mačkat to auto, musím k tomu vynaložit nějakou sílu. Ta odpovídá vztahu "W = F.s" kde vím, jakou práci mi zabere stlačení auta a vzdálenost "s". Právě touto silou bude narážející auto bržděno. Na počátku mělo auto nějakou hybnost rovnou "p = mv" a ta se ztratí za čas "t = p/F". Jsou to trochu zjednodušené vztahy, ale správné, pokud uvažuji tu konstantní sílu v průběhu srážky. Teď tedy vím, že srážka bude trvat uměrně tomu, z jakou hybností narazím. V případě zabrždění je to hybnost "mv". V případě odbrždění je to pouze "mv/2" (to, co mě zajímá je změna hybnosti).

Zajímavým důsledkem tohoto faktu je to, že když napálím do pevné zdi, tak to pro mě bude vždy stejně intenzivní náraz nezávisle na rychlosti :-) Větší rychlost jen bude mít za následek delší trvání nárazu. To nevypadá na první pohled příliš realisticky, ale v podstatě to tak je. Bez nárazníku by to s vámi opravdu škublo. Ale od toho jsou teda asi narázníky, které eliminují tyto malé srážky. Zajímavé co se člověk nedozví vlastním rozborem co předtím nevěděl :-). Teda ne že bych netušil na co je nárazník, ale teď vím že není jen na drobnou ochranu auta, ale i na řidičovo zdraví. Teda pokud jsou mé úvahy alespoň trochu dobře, že.

Ale koneckonců to, že stejně intenzivní náraz trvá dvakrát tak dlouho bude mít taky svůj vliv. Když se nad tím tak znova zamýšlím, tak možná i dost veliký. Jakože to zrychlení s jakým je zadní auto bržděno je jedna věc ale to že působí 20ms namísto 10 milisekund bude věc druhá (prostě mě to víc urychlí a větší rychlostí probiju čelem přední sklo)


1 + 1 = 1 + 1
... a nebo taky ne

Offline

 

#7 16. 09. 2008 15:20

Lukee
Administrátor
Místo: Opava
Příspěvky: 1850
Škola: UPOL, Informatika
Pozice: Roznašeč reklamních bannerů
Web
 

Re: Srážka dvou aut

A nemohl by ještě někdo trochu rozebrat tu mou původní otázku? :-)


2+2=4

Offline

 

#8 16. 09. 2008 16:16

rughar
Příspěvky: 424
Škola: MFF UK
Pozice: Vědecký pracovník
Reputace:   27 
 

Re: Srážka dvou aut

↑ Lukee:
BrozekP to podle mě vystihl naprosto přesně. A má naprstou pravdu i v nezidealizované praxi. Ve svojí úvaze pod "po editaci" to hezky odůvodňuje i bez komplikovanější fyziky.


1 + 1 = 1 + 1
... a nebo taky ne

Offline

 

#9 16. 09. 2008 16:19

Pavel Brožek
Místo: Praha
Příspěvky: 5694
Škola: Informatika na MFF UK
Pozice: Student
Reputace:   194 
 

Re: Srážka dvou aut

↑ Lukee:

Měl jsem za to, že už můj první příspěvek zodpověděl dotaz :-) "Druzí" mají pravdu. Trochu to tedy ještě rozvedu. Nejprve srážka dvou aut:

Dvě auta jsou stejná, jejich hmotnost bude m. Jedou proti sobě stejnou rychlostí v. Kinetická energie každého auta před srážkou je $E_k=\frac12mv^2$. Jelikož uvažujeme, že srážka je dokonale nepružná (je to myslím dobrý předpoklad, když se podíváme na youtube na crash testy aut, tak je vidět, že se auta na překážce téměř zastaví, rozhodně se neodrazí zpět rychlostí srovnatelnou s původní rychlostí, což by odpovídalo pružné srážce), pak podle zákona zachování hybnosti platí (pokud v' označíme rychlost soustavy po srážce)

$mv+m\cdot(-v)=(m+m)v' \Rightarrow v'=0$

Jejich kinetická energie je tedy po srážce nulová, všechna kinetická energie se přeměnila na energii deformační. Celková deformační energie je tedy

$E_d=mv^2$

a ze symetrie na jedno auto připadá deformační energie $E_{d1}=\frac12mv^2$.

A teď auto proti zdi:

Kinetická energie auta o hmotnosti m a rychlosti v je $E_k=\frac12mv^2$. Auto se o stěnu zastaví (hybnost předá zdi, ta je pevně spojena se zemí), všechna jeho kinetická energie se přemění na deformační energii $E_{d2}=\frac12mv^2$. Zeď je pevná, takže se deformační energie projeví pouze na autu.

V obou případech tedy na auto připadá stejná deformační energie.


Nebo jak lze vyvrátit to, že čelní srážka dvou aut jedoucích 100 bude stejná jako jedno auto 200 do zdi:

Na čelní srážku se můžeme dívat z inerciální vztažné soustavy pohybující se rychlostí stejnou jako je rychlost druhého auta před srážkou. V této soustavě první auto jedoucí rychlostí 200 narazí do nehybného auta. To jistě není to samé, jako kdyby narazilo ve stejné rychlosti do zdi, protože když narazí do auta, nenastane takové zpomalení, soustava se bude pohybovat rychlostí 100 ve směru jízdy prvního auta.

Offline

 

#10 16. 09. 2008 18:50

Lukee
Administrátor
Místo: Opava
Příspěvky: 1850
Škola: UPOL, Informatika
Pozice: Roznašeč reklamních bannerů
Web
 

Re: Srážka dvou aut

Super, díky moc :-).


2+2=4

Offline

 

#11 17. 09. 2008 16:10

Almion
Místo: Ústi nad Labem
Příspěvky: 90
Reputace:   
 

Re: Srážka dvou aut

↑ BrozekP:
Takže v případě, kdy zeď není natolik pevná, aby přestála srážku bez nejmnenšího poškození, utrpí dané auto menší skodu, než při čelní srážce s jiným autem?

Offline

 

#12 17. 09. 2008 18:55

Pavel Brožek
Místo: Praha
Příspěvky: 5694
Škola: Informatika na MFF UK
Pozice: Student
Reputace:   194 
 

Re: Srážka dvou aut

↑ Almion:

Ano. Pokud auto pojede proti nedokonalé zdi rychostí 100, tak to bude mít pro auto menší následky než čelní srážka dvou aut jedoucích 100. Například pokud zeď prorazíme a auto se tak úplně nezastaví. Nebo pokud zeď bude deformovatelná (nemám znalosti ve stavebnictví, asi bych si představil zeď z dutých tvárnic, otázka je, jestli nejsou tak odolné, že by se "nezhroutily") a auto se do ní bude moct "zabořit".

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson