車重與安全
這一類的爭論很多,好像很多都不得要領,我總感到有些奇怪,因為這是中學物理都能解決的問題。我下麵爭取把這個問題說清楚。
首先得明白汽車碰撞為什麽會造成人受傷,主要有二點,第一,加速度會造成傷害;第二,駕駛室變形造成的傷害。
後一點很容易理解,用一個大鐵錘把車砸扁,如果你在車裏,不是超人,也當然扁了。
前一點可以從牛頓第一定律來理解,如果沒有外力,物體保持原來的運動狀態(速度)。當你乘坐著汽車以每小時60哩的速度行駛時,突然撞到一堵牆,汽車在很短的瞬間速度變成0,這就是很高的加速度。汽車撞到牆你並沒有,所以你還是以60哩向前飛奔,直到有個東西讓你也停下來。一般是安全帶和氣囊,不然你就會撞破前麵玻璃,飛出駕駛室,也撞到牆上,然後就一命嗚呼。
我們首先考慮一些極端的情況來得出結論,這是物理學經常使用的說明問題的辦法。假設你的駕駛室沒有變形,安全帶和氣囊都工作正常,是不是你就安全了呢,十分遺憾,完全不能這樣說,因為人承受的加速度是有一個限度的,比如我看到一個專家的文章,他計算多太高的加速度會使你的眼睛珠子飛出來(此人肯定愛鑽牛角尖),人肯定是沒有救了的。
下麵談論兩個簡單的情況,不考慮汽車的翻滾,太複雜,我想說明道理是足夠了。
第一種是汽車撞到了一個不可移動的障礙物,比如牆,這時汽車的空間就變得非常重要了。從極端情況來看最好理解,你光著身子以每小時10哩的速度直接撞到牆,我想幾乎就肯定要開追悼會了;但如果你穿著一件很厚很厚海綿衣服,有50米厚,每小時100哩不過是一種遊戲,因為你是慢慢停下來的,加速度不大,這裏作用的時間的長短是關鍵。
所以我們可以得到一個結論,開完全不變形的汽車相當與開著一口棺材,因為那相當與把汽車撞牆時的加速度完全傳遞給你了,就不用再花錢買了,所以汽車決不是越硬越好。由此可以知道,汽車的設計者實際上是盡量把車頭變成像海綿一樣的東西,碰撞時可以變形,這樣來減少乘客所承受加速度。當然,由於誰都不願意被扁,所以駕駛室必須要一定的強度。
從這我們可以理解中國傳統哲學為什麽說要以柔克剛,硬碰硬必然是兩敗俱傷。這在處理人與人的關係,特別是家庭成員的關係中,恐怕是硬道理。要用安全帶氣囊這一類的軟東西來限製人不要越界,同時要給人以空間,活動餘地,不然後果不會好。
如果沒有足夠的空間,就不能夠有時間來減小加速度,很快就會擠壓到駕駛室,駕駛室變形,你就扁了;不變形,那個加速度你受不了,總之是你完蛋。所以在這種情況下,安全與車重沒有直接關係。但是,如果認為重的車空間相對要大,結論就是不言而喻。
如果是側麵被撞,沒有車頭,那就危險得多,但是空間仍然極為重要,直接被扁和加速度造成的傷害我想大家都會作正確的選擇。
第二種情況是最應該考慮,也就是車和車相撞,這個最多,不是自殺或者喝多了,誰會朝著牆開呢,可見這二者幾乎是一回事。
我們也隻考慮一種極端情況,頭對頭。碰撞在力學上分為三種,完全彈性碰撞;完全非彈性碰撞;以及二者之間,處理碰撞問題物理方法的叫做動量守恒定律。
我們假設二個物體質量完全相同,速度數值相等而方向相反,麵對麵碰撞。完全彈性碰撞結果就是二個物體仍然速度數值相等,但是都反了方向,台球可以看到這樣情況,但有時球手可以使一個球碰撞後不動,我不打台球,不知道怎麽做,估計是利用球的旋轉,但物理學肯定是不錯的。完全非彈性碰撞就是兩個物體粘到一起,速度為0。還有一種情況就是出於二者之間。
當然,我們可以想到,汽車的設計者盡量想把碰撞變為完全非彈性碰撞(兩團橡皮泥碰撞就是這種),因為完全彈性碰撞可能使速度反向,這裏的加速度比碰撞後靜止的情況下大了一倍(在相同的時間)。我想他們做得相當好,因為我們從來沒有看到兩台車頭對頭碰撞後離得很遠。這裏又可以看到,汽車最好沒有所謂的彈性,因為那會產生完全彈性碰撞。這裏的彈性可理解為碰撞後複原程度(不是硬度,這是兩個完全不同的東西),比如你撞到鋼板,其變形後迅速複原,就會把你狠狠地彈回來;如果是鉛板,變形後不會複原。如果太太非要你撞一個,你看了我的文章後,就會選擇正確。
我們現在假定汽車頭對頭的碰撞和橡皮泥一樣(完全非彈性碰撞),那麽當質量不一樣時,物理學告訴我們,質量大的一個裏麵的乘客要占便宜,越重越有利。我們還是來看極端的情況,比如汽車麵對麵和火車相撞,假設速度都是60哩,再假設不考慮車廂變形的傷害,如果是完全非彈性碰撞(橡皮泥),那麽它們是粘到一起,速度就是一樣。因為火車和汽車的質量相差可以達到一萬倍,汽車質量可以忽略不計,因此這個速度是火車的。
也就是說,火車的速度沒有改變而乘客根本不知道,而汽車速度的改變是60哩+60哩=120哩。就算汽車駕駛室不變形,安全帶氣囊工作正常,我琢磨也到了眼睛珠飛出來的程度了。
當然汽車是一個非常複雜的東西,設計,材料都很重要,但是,都隻能在物理定律的限製之下,這個大道理是絕不會變的,從上述的極端的情況我們可以就一般情況得到一個大致不錯的結論。
所以說,車越重的確越安全,電動車跟一般車不同,電池重而空間並不大,但仍然在第二種情況下有優勢(不考慮駕駛室變形)。但是,你要我拿一個具體數據是不可能的,安全涉及的東西太多,太複雜了。總的說來,作用力等於反作用力永遠不錯,但是要記住,車所受的力不是乘客所受的力,後者所受的力是由周圍環境所決定的。
我隻能說,開坦克是肯定安全性最好,隻要不朝固定障礙物撞,任何車你都用不著怕,因為外殼堅固而加速度又都到別人那裏去了。
我琢磨這篇東西會打破自己的記錄,因為不會有磚頭。