Один из крайне распространенных мифов состоит в том, что очень часто, когда говорят о лобовом ударе автомобилей, скорости этих автомобилей складывают. Вася ехал 60 км/ч, а со встречки на него вылетел Петя на скорости 100 км/ч, удар — ну и сами понимаете, что там на 100+60 = 160 км/ч от машин осталось… Это — грубейшая ошибка. Реальная «эффективная скорость удара» для машин обычно будет равна приблизительно средней арифметической скоростей Васи и Пети — т.е. около 80 км/ч. И именно эта скорость (а не обывательские 160) и приводит к развороченным автомобилям и человеческим жертвам.
«На пальцах» происходящее можно пояснить таким образом: да, при ударе энергия двух автомобилей суммируется — но и поглощают ее тоже два автомобиля, поэтому на каждый автомобиль приходится лишь половина суммарной энергии удара. Корректный расчет происходящего при ударе доступен даже школьнику, хотя и требует определенной смекалки и воображения. Представим себе, что автомобили в момент удара скользят по ровному шоссе без сопротивления (учитывая, что удар происходит за очень короткое время и действующие на машины силы удара гораздо выше сил трения со стороны асфальта — даже при интенсивном торможении это допущение можно считать вполне справедливым). В этом случае движение при ударе будет полностью описываться одной-единственной силой — силой сопротивления сминаемых корпусов металла. Эта сила, по 3-му закону Ньютона, для обеих машин одинакова, но направлена в противоположные стороны.
Мысленно поставим между машинами тонкий, невесомый лист бумаги. Обе силы сопротивления (первой машины и второй) будут действовать «через» этот лист, но поскольку эти силы равны и противонаправленны, то они полностью компенсируют друг друга. А стало быть, на протяжении всего удара наш лист будет двигаться с нулевым ускорением — или, другими словами, с постоянной скоростью. В инерциальной системе координат, связанной с этим листом, обе машины как бы «врезаются» с разных сторон в этот неподвижный лист бумаги — до тех пор, пока не остановятся либо (одновременно) не отлетят от него. Вспоминаете методику EuroNCAP где машины врезаются в неподвижный барьер? Удар о наш гипотетический «лист бумаги» в нашей специальной системе координат будет равносилен удару о массивный бетонный блок на той же скорости.
Как посчитать скорость листа бумаги? Это довольно просто — достаточно вспомнить механику соударений из школьной программы. В какой-то момент оба автомобиля «останавливаются» относительно системы координат листа бумаги (это происходит в то мгновение, когда автомобили начинают разлетаться в разные стороны), что позволяет нам записать закон сохранения импульса. Считая массу одного автомобиля m1 и скорость v1, а другого — m2 и скорость v2, получаем скорость листа бумаги v по формуле
(m1+m2)*v = m1*v1 — m2*v2
откуда
v = m1/(m1+m2)*v1 — m2/(m1+m2)*v2
Для столкновения в «попутном» направлении скорость второй машины следует считать со знаком «минус».
Относительные скорости машин относительно бумаги (т.е. «эквивалентная скорость удара о бетонный блок») соответственно равны
u1 = (v1-v) = m2/(m1+m2) * (v1+v2)
u2 = (v+v2) = m1/(m1+m2) * (v1+v2)
Таким образом, «эквивалентная скорость» лобового удара действительно пропорциональна сумме скоростей автомобилей — однако берется она с неким «поправочным коэффициентом», учитывающим соотношение масс автомобилей. Для автомобилей равной массы он равен 0,5, т.е. суммарную скорость нужно поделить пополам — что и дает нам упомянутое в начале заметки типичное для подобных аварий «среднее арифметическое». В случае столкновения машин разной массы картина будет существенно иной — «тяжелая» машина пострадает меньше, чем «легкая», причем если различия в массе достаточно велики — разница будет колоссальной. Это типичная ситуация для аварий класса «влетела легковушка в груженый грузовик» — последствия такого удара для легковушки близки к последствиям удара на полноценной «суммарной» скорости, в то время как «грузовик» отделывается небольшими повреждениями, т.к. для него «эквивалентная скорость удара» оказывается равной десятой, а то и двадцатой доле суммарной скорости.
Итак, мы научились считать «эквивалентную скорость удара» по очень простой формуле: нужно сложить скорости (для удара в попутном направлении — вычесть), а затем определить, какую долю массы составляет ЧУЖАЯ машина от суммарной массы ваших машин и умножить этот коэффициент на посчитанную скорость. Прикидочные значения коэффициента:
Машины примерно одинаковой весовой категории: 0.5
Малолитражка vs легковушка: малолитражка 0.6, легковушка 0.4
Малолитражка vs джип: малолитражка 0.75, джип 0.25
Легковушка vs джип: легковушка 0.65, джип 0.35
Легковушка vs грузовик: легковушка >0.9, грузовик <0.1
Джип vs грузовик: джип >0.8, грузовик <0.2
Например, джип Porsсhe Cayenne массой 2,5 тонны на перекрестке врезается на скорости 100 км/ч в едва начавший левый поворот Ford Focus II массой 1,3 тонны. Суммарная скорость — 100 км/ч, эквивалентная скорость удара для Cayenne — 35 км/ч, а для FF — 65 км/ч.
Пока все понятно? Тогда едем дальше.
Основная угроза для жизни водителя при ударе определяется (в случае если он пристегнут) деформацией салона автомобиля. Эта деформация, в свою очередь, примерно пропорциональна поглощенной энергии удара. А эта энергия определяется старой доброй формулой «эм вэ в квадрате пополам», т.е. уже для 80 км/ч она будет в 1,5 раза больше «номинальной» энергии EuroNCAP, на 100 км/ч — в 2,5 раза больше, на 120 км/ч — в 3,5 раза больше, на 140 км/ч — почти в 5 раз больше.
Поэтому реальная безопасность EuroNCAP-овских «звезд» обеспечивается только при эффективной скорости удара менее 80 км/ч!
Иными словами, все что выше 80 км/ч, — потенциально опасно для жизни, невзирая на тип автомобиля. «Горе-гонщиков» на дорогих автомобилях реально спасают лишь «понижающие коэффициенты» упомянутые выше — даже при суммарной скорости в 200 км/ч они, как было показано, обычно снизят эффективную скорость существенно более тяжелой машины до 80 км/ч и менее. Да и тормоза обычно позволяют успеть сбросить хотя бы 20-30 км/ч (а чаще — больше) в последний момент — отсюда и кажущаяся безопасность дорогих джипов. Но при ударе о прочное неподвижное препятствие либо о грузовик все закончится гораздо печальнее. Прочность машины на 100 км/ч — понятие весьма условное! Скорости до 80 км/ч на современных машинах практически безопасны в любой ситуации, но водитель, летящий со скоростью 140+ км/ч — это с большой долей вероятности убийца либо самоубийца.
Надо отметить, что с этой особенностью связан характерный миф о «низкой безопасности» легковых машин, особенно малолитражных и российского производства. Обычно в его подтверждение приводят красноречивые примеры лобового столкновения подобной машинки с каким-нибудь представительским автомобилем или джипом — но вы, полагаю, теперь уже догадываетесь, что основной причиной подобного кошмара становится не столько «низкая прочность» этих машин, сколько низкая масса, из-за которой последствия для легкой машины заведомо будут в разы сильнее последствий для тяжелой. Качество реализации пассивной безопасности машины в подобных ударах уже отходит на второй план. Однако во всех других авариях (вылет с трассы, удар о грузовик, удар с примерно таким же автомобилем) ситуация будет далеко не столь драматичной. Для тяжелых авто справедливы прямо противоположные соображения.
Коротко — о непристегнутых ремнях безопасности. При ударе о препятствие непристегнутый человек летит на баранку со скоростью, примерно равной эффективной скорости удара. Скорость, которую набирает человек, падающий с пятого этажа здания, при ударе о землю — менее 60 км/ч. Выживает примерно половина. Скорость, которую набирает человек падающий с девятого этажа, — около 80 км/ч. Выживают единицы. Подушки безопасности и удачно выбранная поза позволяют смягчить последствия (сделав выживание на 60 км/ч весьма вероятным, а на 80 — более реальным), но я бы сильно на них не рассчитывал. Буквально плюс 40 км/ч к относительно безопасному значению (которое, как я уже упоминал, в типичных авариях ближе к 60) — и вы гарантированный труп, что бы вы ни делали, и какая бы продвинутая система безопасности в машине ни была. Запас прочности у пристегнутых гораздо выше — там критической будет плюс 100 км/ч к безопасной скорости, и выйти за эти пределы будет не так просто. В неудачных ситуациях (вылет на обочину или под грузовик) обе цифры следует поделить пополам.
Оксану Ярмош на «скорой» привезли в приемное отделение областной больницы № 2 в тяжелейшем состоянии. Девушка получила многочисленные травмы, у нее была почти полностью оторвана ступня. За дело сразу взялась бригада хирургов: несмотря на ограничения, связанные с коронавирусом, деятельность стационара не прекращалась ни на минуту.
— Когда мы убедились, что жизнь пациентки вне опасности, стали бороться за сохранение стопы. Она была холодной, все сосуды пережаты, — рассказал врач травматолог-ортопед Михаил Пуков.
Оксане сделали экстренную операцию, которая длилась больше трех часов, наложили аппарат Илизарова. Потом провели артериографию с применением высокотехнологичного оборудования,чтобы подтвердить проходимость сосудов и контролировать адекватность кровотока.
Ногу спасли: функциональность полностью сохранена. Сегодня девушка получает интенсивное лечение и идет на поправку. Как говорят медики, главное, что ее нога — «живая». Сама пациентка полна оптимизма. Кстати, в стационаре она не только оправилась от серьезнейшей травмы, но и закончила Череповецкий госуниверситет: персонал больницы предоставил отдельное помещение для занятий. Оксана защитила диплом на «отлично», и теперь она специалист в области управления малым бизнесом.
— У меня в ноге восемь спиц, — говорит Оксана Ярмош. — Пока передвигаюсь в кресле-каталке. Потом мне сделают еще одну операцию — удалят аппарат Илизарова. Предстоит долгая реабилитация. Но я уверена, что все будет хорошо.