Vpliv trka na cloveka

[antonic]

Zivjo, upam, da sem temo uvrstil v pravi podforum

S kolegom sva razglabljala o necem, a nisva prisla do istih zakljuckov. Odlocila sva se, da povprasava za razlago na tem forumu. Za kaj gre ?

Avto stoji pred semaforjem pri miru. Vanj od zadaj prileti drug avto z doloceno hitrostjo. Avtomobila sta enaka, homogena (spredaj se meckata enako kot zadaj). Vse skupaj naju zanima samo z vidika stojecega vozila. Stojece vozilo je zmozno uporabljati zavore povsem natancno (torej jih uporabiti ravno toliko, kot bi jih voznik zelel, ne samo priblizno). Stojece vozilo vozi zaresen clovek, cigar konstitucija lahko prezivi samo dolocen pospesek/pojemek, ampak preko neke meje pa ne gre vec (clovek umre ... si zlomi vrat ali kaj podobnega). Vozilo ima definitivno nekaj upora in trenja (torej vsak dodatek energije bi se prej ali slej porabil).

Problem 1: Pred stojecim vozilom je neskoncno prostora. Zavore in gume stojecega vozila so tako dobre, da bi lahko vozilo stalo pri miru (kot stena), ce bi jih voznik pritisnil do konca. Je za tistega v stojecem vozilu bolje, da stisne zavoro do konca ali da ima povsem popusceno, da bi se energija, ki jo prejme ob trku, razporedila na cimdaljse obdobje ?

Problem 2: Pred stojecim vozilom je omejeno prostora, ker stoji v koloni in se v vozilo pred seboj nikakor noce zaleteti. Je za voznika stojecega vozila boljse, da ima zavoro spusceno, pritisnjeno do konca ali obstaja neka vmesna tocka, kjer se energija, pridobljena ob trku, razporedi cez najdaljse obdobje ?

Se pravi obakrat gre za to, da bi voznik stojecega vozila rad cimbolj zmanjsal ucinek trka na svoj vrat, da bi zanesljivo prezivel. Moje mnenje je, da v primeru 1 voznik bolje odnese, ce pusti zavoro pri miru (torej da se vozilo odpelje naprej in pocasi ustavi zaradi trenja in upora), v primeru 2 pa da obstaja tocka, v kateri bo ucinek zavor ravno tak, da se ne bo zaletel v avto pred sabo, bo pa pospesek/pojemek najbolj razporejen v casu in zato ucinek na vrat voznika najmanjsi. Kolega meni nasprotno (da bi moral obakrat imeti zavoro stisnjeno do konca). Kdo ima prav ?

Hvala za odgovore !

[shrink]

Na to temo obstajajo študije; recimo:

Anderson et al. Effect of Braking on Human Occupant and Vehicle Kinematics in Low Speed Rear-End Collisions. 16th International Technical Conference on the Enhanced Safty of Vehicles. 1998; Paper No. 980298:1–13.

V sklepu te študije je navedeno:

Effects of Braking – Emori and Horiguchi (1990) hypothesized target vehicle braking increased the forces on the neck during flexion of the cervical spine (during the rebound phase). This hypothesis is not supported in this test series for this occupant and this target vehicle. Unaware occupant head center of gravity linear accelerations, angular velocities and angular accelerations during the flexion phase were only minimally different for the mechanically braked versus the unbraked condition. This similarity was observed for all three test series. Figure 9 shows the comparison for mechanically braked and unbraked tests in Series C.

Opis slike (Figure 9): Unaware Occupant Head Center of Gravity Kinematics for Mech. Braked and Unbraked Impacts [Tests C1, C5]

[Aniviller]

Za telo je nevaren maksimalen pospesek pri trku in sunek sile (ki pove, koliko hitrosti dobis od trka, od cesar je odvisno, koliko te zategne), in delno tudi odvod pospeska. Na pamet receno bi rekel, da je definitivno bolje zavirat! Pojemki zaradi zaviranja so bistveno manjsi kot pospeski pri trku. Trk je tisti, ki je nevaren - tudi ce do konca stopis na zavoro, te bo sicer naprej vrglo, ampak to ni primerljivo s samim trkom. To ti da dva rezultata: kot prvo, zavorna sila nima prakticno nobenega efekta v primerjavi s trkom - se bo zelo malo poznalo (gume itak zdrsnejo, tako da vrtenje koles nima veze). Po drugi strani, ce bi se vseeno poznalo, bi bilo najbolje tiscat zavoro ze pred trkom! Tako si manj premicen, kar zmanjsa pospeske, a poslabsa situacijo za potnika v drugem avtomobilu. Edino v primeru, ko je trk tako mocan, da bi deformacija zadnjega dela avtomobila dosegla potnike, je bolje ne zavirat ampak kot smo rekli, zaviranje se itak ne bo poznalo.

Ce je se kak avto pred tabo, bo sekundarni trk itak manj intenziven kot prvi - seveda se v tem primeru vseeno splaca zavirat, ce s tem omilis drugi trk.

Spomni se tudi na to, da je zavorna sila najmocnejsa, ko imas nek kompromis med zdrsovanjem in vrtenjem koles (ABS sistem poskrbi, da si skozi na tej meji).

[antonic]

Se pravi glede na sliko, ki jo je pripel shrink, razlike prakticno ni. OK, s tem se lahko sprijaznim.

Moje (ocitno napacno) razmisljanje je bilo, da ce se premakne avto z voznikovim telesom vred naprej, potem je sunek glave (whiplash) manjsi, ko ce telo ostane pri miru. Kot je videti iz spodnje slike, to ne drzi, saj je kotni pospesek prakticno enak in to mislim da je tisti faktor, ki najbolj vpliva na to ali si bi zlomil vrat ali ne.

[shrink]

Da ne bo nesporazumov: avto se v vsakem primeru premakne naprej, saj so zaviralne sile v primerjavi s silami, ki se pojavijo ob trku, majhne (kot je že rekel Aniviller).

[Aniviller]

Ce telo ostane pri miru, ni nobenih pospeskov. Tako kot nimas poskodb, ce sedis v trdni betonski hisi v katero se zaleti avto. Problem je trenutek, ko hitro pospesis iz mirovanja v gibanje (in seveda, ce pospesi avto, pospesis tudi ti - te sedez naprej porine - in ce se avto ne premakne se tudi ti ne bos). Kot receno pa zavore nimajo dosti vpliva.

[Tommo]

Zivjo, upam, da sem temo uvrstil v pravi podforum

S kolegom sva razglabljala o necem, a nisva prisla do istih zakljuckov. Odlocila sva se, da povprasava za razlago na tem forumu. Za kaj gre ?

Avto stoji pred semaforjem pri miru. Vanj od zadaj prileti drug avto z doloceno hitrostjo. Avtomobila sta enaka, homogena (spredaj se meckata enako kot zadaj). Vse skupaj naju zanima samo z vidika stojecega vozila. Stojece vozilo je zmozno uporabljati zavore povsem natancno (torej jih uporabiti ravno toliko, kot bi jih voznik zelel, ne samo priblizno). Stojece vozilo vozi zaresen clovek, cigar konstitucija lahko prezivi samo dolocen pospesek/pojemek, ampak preko neke meje pa ne gre vec (clovek umre ... si zlomi vrat ali kaj podobnega). Vozilo ima definitivno nekaj upora in trenja (torej vsak dodatek energije bi se prej ali slej porabil).

Problem 1: Pred stojecim vozilom je neskoncno prostora. Zavore in gume stojecega vozila so tako dobre, da bi lahko vozilo stalo pri miru (kot stena), ce bi jih voznik pritisnil do konca. Je za tistega v stojecem vozilu bolje, da stisne zavoro do konca ali da ima povsem popusceno, da bi se energija, ki jo prejme ob trku, razporedila na cimdaljse obdobje ?

Pod temi predpostavkami je najbolje, da je zavora pritisnjena do konca. Avto se ne bo premaknil, in pod pogojem, da deformacija zadka ne doseže voznika, se celotna energija trka naloži v deformacijo pločevine. V idealnem primeru, ko se avto torej ne premakne, deformacija pločevine pa se v celoti zgodi za voznikom, voznik trka sploh ne bi občutil. Jasno pa je seveda, da tako dobrih zavor ni, in se bo avto v resnici v vsakem primeru premaknil.

Problem 2: Pred stojecim vozilom je omejeno prostora, ker stoji v koloni in se v vozilo pred seboj nikakor noce zaleteti. Je za voznika stojecega vozila boljse, da ima zavoro spusceno, pritisnjeno do konca ali obstaja neka vmesna tocka, kjer se energija, pridobljena ob trku, razporedi cez najdaljse obdobje ?

Se pravi obakrat gre za to, da bi voznik stojecega vozila rad cimbolj zmanjsal ucinek trka na svoj vrat, da bi zanesljivo prezivel. Moje mnenje je, da v primeru 1 voznik bolje odnese, ce pusti zavoro pri miru (torej da se vozilo odpelje naprej in pocasi ustavi zaradi trenja in upora), v primeru 2 pa da obstaja tocka, v kateri bo ucinek zavor ravno tak, da se ne bo zaletel v avto pred sabo, bo pa pospesek/pojemek najbolj razporejen v casu in zato ucinek na vrat voznika najmanjsi. Kolega meni nasprotno (da bi moral obakrat imeti zavoro stisnjeno do konca). Kdo ima prav ?

Hvala za odgovore !

Velja enako, kot pri točki 1., če predpostavka, da so zavore idealne, ostane enaka.

[problemi]

Tommo ne zameri mi, če sem te napačno razumel, ampak - sicer mislim, da o tem tako povesta že Aniviller in shrink, pa tudi vprašanje sem bolj preletel - torej mislim da v prvem odgovoru spregledaš, da avto in telo nista en sistem, torej četudi bi avto obstal bi voznika "vrglo" naprej, ampak kot sem rekel sem zgolj preletel, ker hočem tu povedati nekaj drugega.

Antonic, tu imaš od prof. M. Batiste predavanja za izvedence za preiskavo prometnih nesreč (al neki tazga), kjer boš verjetno našel postopke po katerih boš prišel do odgovora. Nasploh malo poglej pri tem profesorju, ker je definitivno ena največjih avtoritet za analizo prometnih nesreč. Tudi če mu boš pisal na e-naslov na Fakulteti za pomorstvo in promet sem prepičan, da ti bo odgovoril. Meni je dogovoril, pa sem ga spraševal prave neumnosti.

http://www.fpp.edu/~milanb/tpmeh/mg3/TRKI%20VOZILc.pdf

[antonic]

Ce telo ostane pri miru, ni nobenih pospeskov. Tako kot nimas poskodb, ce sedis v trdni betonski hisi v katero se zaleti avto. Problem je trenutek, ko hitro pospesis iz mirovanja v gibanje (in seveda, ce pospesi avto, pospesis tudi ti - te sedez naprej porine - in ce se avto ne premakne se tudi ti ne bos). Kot receno pa zavore nimajo dosti vpliva.

Dobro, to bi veljalo kvecjemu v primeru, da bi vozili recimo imeli mocno razlicno maso (1 tonski avto se zaleti v 1000 tonsko ladjo ...), kar je v nasprotju z navedenimi predpostavkami. Ta primer tukaj ne pride v postev, jasno da ti ne bo nic, ce si doma v hisi in prileti avto vanjo (dokler te ne doseze skozi zdrobljen zid, seveda).

Pozabil sem dodati se to, da je bilo v nasi debati privzeto, da deformacija vozila nikoli ne doseze cloveka v vozilu, tako da je primer nekoliko poenostavljen. Razlog je v tem, da ce te doseze, imas itak vecji problem kot je to ali si tik pred trkom pritisnil zavoro ali ne, fizikalno gledano je pa meckanje avtomobila za voznikom samo odstevanje ene konstante od tega, akr se z njim dogaja (toliko manj energije se prenese na voznika).


Kar meni povzroca tezave, je sledece: clovek v vozilu in njegov avto nista homogen sistem - ce bi bila, potem ti ob trku ne bi nikoli trescilo glave naprej hitreje od telesa, ker bi bilo pac vse homogeno, kar pa vemo, da ne drzi (sicer ne bi bilo nobenih poskodb vratu in nobenih studij ). In zato, ker nista homogen sistem (in zaradi tistih predpostavk o masi in zmeckljivosti vozil in dejstva, da je vrat gibljiv zglob, razumen clovek pa pripet z varnostim pasom), bo cloveka vedno ruknilo naprej z glavo, ne pa enakomerno s celim telesom. Ce ga vedno rukne z glavo naprej, bi vrat manj trpel, ce se ali trup pod vratom premakne hkrati z glavo v isto smer (idealno bi bilo seveda z isto hitrostjo, kar pa ni realno, ker ima glava manj inercije zaradi nizje mase) ali pa ce je razporejen tisti pomik glave naprej na cimdaljsi cas (torej kotni pospesek cimmanjsi). In ce je treba premakniti celo maso avta, se to ne zgodi v trenutku, kot v teoreticnih racunih moje srednjesolske fizike, ampak traja nekaj casa, v katerem se dovaja energija vozecega avta stojecemu (nekaj v meckanje, nekaj v premikanje za premagovanje lepenja gum).

Debata je pa sla pravzaprav na to kako je z varnostnimio sistemi - torej kako naj odreagira racunalniski sistem, ki ima moznost popolnega nadzora zavor, prejema pa podatke od senzorjev razdalje oz. hitrosti (parkirni senzorji) in senzorjev trka (pospeska; senzorji za airbage). Ce ima sistem na voljo te podatke, ali naj takrat, ko ugotovi, da bo prislo do naleta, stisne zavore in ce naj jih, do katere stopnje (to je ob predpostavki, da je prostor pred vozilom omejen), ali pa naj jih pusti pri miru, ce je spredaj neskoncno prostora (da ne bi sekudnarni trk povzrocil kaksne vecje skode, ce bi se ze ob primarnem dalo izgoniti skodi s premikanjem vozila).

[Aniviller]

Razumem problem... ampak pri trku od zadaj moras takole sklepat:
prvi udarec, ki je najmocnejsi, sune avto naprej, kar cloveka pritisne ob sedez. Tak sunek je manj nevaren kot udarec od spredaj, saj ima vrat zadaj podporo, je pa vseeno zelo sunkovit. Pri tem avto dobi nekaj hitrosti (v poenostavljenem primeru idealnega neproznega trka lahko smatras, da je njegova hitrost tik po trku okrog pol hitrosti zadnjega avtomobila pred trkom). Od takrat naprej lahko smatras, da je situacija priblizno enaka kot pri obicajni voznji z isto hitrostjo: poskodba vratu je posledica tega, da se avto ustavlja hitreje kot glava, kar vrze glavo naprej glede na avto. Nisem strokovnjak medicinske fizike, ampak na pamet bi rekel, da je situacija nekoliko slabsa zaradi proznega odziva sedeza in zaradi refleksa misic na prvi sunek (gre torej za odvod pospeska: dejstvo, da gre najprej za hiter sunek naprej in takoj za tem sila v nasprotni smeri). Vseeno lahko predpostaviva, da je efekt zaviranja po trku podoben efektu polnega zaviranja pri voznji z isto hitrostjo - prakticno zanemarljivo v primerjavi s prvotnim sunkom ali sekundarnim trkom v vozilo spredaj.

Sicer bi rekel tole: ker se pred trkom kolesa ne vrtijo, vozilo ob trku itak zdrsne in izgubi oprijem, zaradi cesar bodo zavore imele minimalen ali niceln efekt. Je pa v vseh situacijah zaviranje bodisi brez efekta (prakticno vse dogajanje ob mocnejsih primarnih trkih), ali pa pozitivno (zmanjsana verjetnost naleta na sprednja vozila, mogoce olajsanje sunka pri sibkih trkih). Situacijo tezko poslabsas (ce je hitrost trka velika, potem zavore itak ne bodo dosti prijele - kadar je trk tako mocan, da bi deformacija naredila skodo potnikom, zaviranje nima veze, saj vozilo ze itak drsi na gumah). Mislim, da je prakticno optimalna odlocitev, da bi vozilo v taki situaciji aktiviralo maksimalno zaviranje s sistemom ABS. Kompliciranje ne bi spremenilo prakticno nic, razen mogoce bolj nepredvidljivega obnasanja.

Iz prakticnega vidika bi rekel tudi to, da odsotnost zaviranja v primeru proste poti v nobenem primeru ni pametno: razmere na cesti so nepredvidljive, in zlepek obeh avtomobilov je treba ustavit cim prej ze zato, da zmanjsas verjetnost zdrsov s ceste, premika na napacen vozni pas (in s tem dodatne nesrece) in podobnih posledic. Kolikor zaviranje sploh lahko pomaga v tem primeru - kot receno, v vecini teh trkov imas itak nekontrolirano drsenje in se kolesa itak ne zavrtijo, tako da zavore niso pomembne.

[problemi]

Debata je pa sla pravzaprav na to kako je z varnostnimio sistemi - torej kako naj odreagira racunalniski sistem, ki ima moznost popolnega nadzora zavor, prejema pa podatke od senzorjev razdalje oz. hitrosti (parkirni senzorji) in senzorjev trka (pospeska; senzorji za airbage). Ce ima sistem na voljo te podatke, ali naj takrat, ko ugotovi, da bo prislo do naleta, stisne zavore in ce naj jih, do katere stopnje (to je ob predpostavki, da je prostor pred vozilom omejen), ali pa naj jih pusti pri miru, ce je spredaj neskoncno prostora (da ne bi sekudnarni trk povzrocil kaksne vecje skode, ce bi se ze ob primarnem dalo izgoniti skodi s premikanjem vozila).

Bolj za šalo kot zares, pa vendar:

Če gre zgolj za varnost in računalniški sistem, ki je zmožen vsega kar si zgoraj napisal in ob predpostavki spredaj neskončno prostora, potem predlagam sledeče. Računalniški sistem tako naštimaj, da "oceni" hitrost približevanja vozila k tvojemu stoječemu, v trenutku, ko računalniški sistem oceni, da se približujoči avtomobil ne bo mogel ustaviti - kar ni težko "oceniti" - lahko računalniški sistem stori dvoje:
a) zelo hitro (čim bolj pospešuje) spelje tvoj avtomobil, da ubežiš prihajajočemu avtomobilu. V idealnem primeru bi bila ubežna hitrost veliko večja od hitrosti približevanja.
b) sproži podoben mehanizem kot ga poznamo iz letalstva, torej te katapultira iz avtomobila.

[antonic]

Bolj za šalo kot zares, pa vendar:

a) zelo hitro (čim bolj pospešuje) spelje tvoj avtomobil, da ubežiš prihajajočemu avtomobilu. V idealnem primeru bi bila ubežna hitrost veliko večja od hitrosti približevanja.

Tole se zdi tudi meni najbolj smiselno - da je razlika v hitrosti med voziloma cimmanjsa ce ze pride do trka, ne pa cimvecja (kar bi zagotovile zavore).

V zvezi s tem: ali se energija drugega vozila prenese v enem trenutku (kot da se zaletita dve togi telesi iz osnovnosolskih ucbenikov) ali je tukaj vendarle drugace, ker se zacne najprej vozilo deformirati ob tem, ko se premika naprej ? Ko razmisljam o tem, pridem prej ali slej do Ahila in zelve (Zenov paradoks)

Se to: ali ne obstaja tako nizka hitrost, pri kateri sploh ne bi prislo do meckanja vozila (ce bi se stojece vozilo mirno "vdalo" in bi ga odrinil malo naprej), torej taka, pri kateri bi zaviranje povzrocilo vec skode kot koristi ? (sicer ne na zdravju potnikov, a vseeno). Zivljenski primer tega mislim da je mestno parkiranje v Franciji, kjer se ljudje lepo naslonijo na odbijac vozila pred/za sabo in si naredijo dovolj prostora za manevriranje, avta pa ostaneta neposkodovana, ker stojeci nima zategnjene rocne zavore. Ce jo ima, najbrz gre odbijac, preden to drugi ugotovi

[Aniviller]

Trk se seveda ne zgodi cisto v trenutku (sicer bi bil pospesek neskoncen), ampak pospesi v casu, ko se dogaja deformacija (predstavljaj si, da je zadnji del avtomobila vzmet z amortizerjem). Ni ahila in zelve... ko se naslonis na sprednji avto, kar delno pospesi sprednji avto, delno deformira.

Razumem, da hoces minimizirat razliko hitrosti pri trku... ce bi imel moznost "pobegnit" avtomobilu za tabo, bi to bilo v vsakem primeru bolje. Ampak po drugi strani moras razumet, da je bistvo zmanjsat pospesek iz mirovanja do maksimalnega sunka, in to zagotovijo zavore (vsaj v idealnem primeru, ko bi zavore prijele in dejansko delno sidrale avto, da bi ga bilo tezje premaknit).

[shrink]

Se to: ali ne obstaja tako nizka hitrost, pri kateri sploh ne bi prislo do meckanja vozila (ce bi se stojece vozilo mirno "vdalo" in bi ga odrinil malo naprej), torej taka, pri kateri bi zaviranje povzrocilo vec skode kot koristi ? (sicer ne na zdravju potnikov, a vseeno). Zivljenski primer tega mislim da je mestno parkiranje v Franciji, kjer se ljudje lepo naslonijo na odbijac vozila pred/za sabo in si naredijo dovolj prostora za manevriranje, avta pa ostaneta neposkodovana, ker stojeci nima zategnjene rocne zavore. Ce jo ima, najbrz gre odbijac, preden to drugi ugotovi

Seveda obstajajo: pri teh hitrostih pač sile niso tako velike, da bi prišlo do trajnih deformacij oz. drugače povedano, prihaja zgolj do elastičnih deformacij. V zvezi s tem obstajajo empirični modeli, ki jih uporabljajo sodni izvedenci (predvsem onkraj luže): poglej si v pdf-ju, ki ga je zlinkal problemi, CRASH model in CRASH razrede.