Avarijos metu energija iš transporto priemonės perduodama bet kuriai transporto priemonei ar transporto priemonei. Šis energijos perdavimas, atsižvelgiant į kintamuosius, keičiančius judesio būsenas, gali sukelti sužalojimus ir sugadinti automobilius bei turtą. Objektas, į kurį atsitrenkė, absorbuos jame esančią energiją arba, galbūt, perduos tą energiją atgal į transporto priemonę, kuri trenkė. Didžiausias dėmesys skiriamas jėga ir energija gali padėti paaiškinti dalyvaujančią fiziką.
Jėga: susidūrimas su siena
Automobilių avarijos yra aiškūs pavyzdžiai Niutono judėjimo įstatymai darbas. Jo pirmasis judesio dėsnis, dar vadinamas inercijos dėsniu, tvirtina, kad judantis objektas judės toliau, nebent jį veiktų išorinė jėga. Ir atvirkščiai, jei objektas yra ramybėje, jis liks ramybėje, kol ant jo veiks nesubalansuota jėga.
Apsvarstykite situaciją, kai automobilis A susiduria su stačia nelaužiama siena. Padėtis prasideda nuo automobilio A važiavimo greičiu (v) ir, susidūrus su siena, baigiasi greičiu 0. Šios situacijos jėgą apibrėžia Niutono antrasis judesio dėsnis, kuriame naudojama jėgos lygtis, lygi masės ir pagreičio santykiams. Šiuo atveju pagreitis yra (v - 0) / t, kur t yra bet koks laikas, per kurį automobilis A sustoja.
Automobilis veikia šią jėgą sienos kryptimi, tačiau statinė ir nesulaužoma siena tą pačią jėgą veikia mašina, atsižvelgiant į trečiąjį Niutono judesio dėsnį. Ši lygi jėga sukelia automobiliams susidūrimų metu akordeoną.
Svarbu pažymėti, kad tai yra idealizuotas modelis. Jei automobilis A atsitrenktų į sieną ir iškart sustotų, tai būtų puikiai neelastingas susidūrimas. Kadangi siena visai nesugrius ir nejuda, visa automobilio jėga į sieną turi kažkur nueiti. Siena yra tokia masyvi, kad pagreitėja, arba perkelia nepastebimą kiekį, arba visai nejuda, tokiu atveju susidūrimo jėga veikia automobilį ir visą planetą, kurios pastaroji, akivaizdu, yra tokia didžiulė, kad padariniai nereikšmingas.
Jėga: susidūrimas su automobiliu
Esant skirtingoms situacijoms, kai automobilis B susiduria su automobiliu C, mes atsižvelgiame į skirtingą jėgą. Darant prielaidą, kad automobilis B ir automobilis C yra visiški veidrodžiai (vėlgi, tai yra labai idealizuota padėtis), jie susidurs tarpusavyje tiksliai tuo pačiu greičiu bet priešingomis kryptimis. Išsaugoję pagreitį, mes žinome, kad jie abu turi pailsėti. Masė yra ta pati, todėl jėga, kurią patiria automobilis B ir automobilis C, yra identiška, taip pat identiška jėgai, veikiančiai mašiną A atveju ankstesniame pavyzdyje.
Tai paaiškina susidūrimo jėgą, tačiau yra antroji klausimo dalis: energija susidūrimo metu.
Energija
Jėga yra vektorius kiekis, kol kinetinė energija yra skaliarinis kiekis, apskaičiuota naudojant formulę K = 0,5mv2. Antroje aukščiau pateiktoje situacijoje kiekvienas automobilis turi kinetinę energiją K prieš pat susidūrimą. Susidūrimo pabaigoje abu automobiliai yra ramybėje, o bendra kinetinė sistemos energija yra 0.
Kadangi tokie yra neelastingi susidūrimai, kinetinė energija nėra išsaugota, bet visos energijos visada yra išsaugota, todėl susidūrus „prarasta“ kinetinė energija turi virsti kokia nors kita forma, pavyzdžiui, šiluma, garsu ir pan.
Pirmame pavyzdyje, kai juda tik vienas automobilis, energija, išmesta susidūrimo metu, yra K. Tačiau antrame pavyzdyje du juda automobiliais, taigi visa energija, išmesta susidūrimo metu, yra 2K. Taigi avarija B atveju yra akivaizdžiai energingesnė nei A avarija.
Nuo automobilių iki dalelių
Apsvarstykite pagrindinius abiejų situacijų skirtumus. Prie kvantinis lygis dalelės, energija ir materija iš esmės gali keistis tarp būsenų. Automobilio susidūrimo fizika niekada, kad ir koks energingas, neišmes visiškai naujo automobilio.
Automobilis abiem atvejais patirs lygiai tokią pačią jėgą. Vienintelė jėga, veikianti mašiną, yra staigus greičio lėtėjimas nuo v iki 0 per trumpą laiką dėl susidūrimo su kitu daiktu.
Tačiau žiūrint į bendrą sistemą, susidūrimas situacijoje su dviem automobiliais išskiria dvigubai daugiau energijos nei susidūrimas su siena. Tai garsiau, karščiau ir greičiausiai netvarkingesnis. Greičiausiai automobiliai susiliejo vienas į kitą, gabalai skriejo atsitiktinėmis kryptimis.
Štai kodėl fizikai, norėdami studijuoti didelės energijos fiziką, pagreitina daleles susidūrimo procese. Dviejų dalelių pluošto susidūrimas yra naudingas, nes susidūrus su dalelėmis jums nelabai rūpi dalelių jėga (kurios jūs niekada iš tikrųjų neišmatuojate); jums svarbiau dalelių energija.
Dalelių greitintuvas greitina daleles, bet tai daro labai realiu greičio apribojimu, kurį lemia šviesos barjero greitis nuo Einšteino reliatyvumo teorija. Norėdami išstumti papildomą energiją iš susidūrimų, užuot susidūrę su beveik šviesos greičio dalelių pluoštu su nejudantį objektą, geriau jį susidurti su kitu beveik šviesos greičio dalelių pluoštu, einančiu priešingai kryptis.
Dalelių požiūriu, jos ne tiek „suskyla“, bet, kai abi dalelės susiduria, išsiskiria daugiau energijos. Susidarius dalelėms, ši energija gali įgauti kitų dalelių pavidalą. Kuo daugiau energijos išmesite iš susidūrimo, tuo egzotiškesnės dalelės.