26.07.2021R.
GENIUSZ, CZY POPROSTU NIEUK?
Pamiętają Państwo, jak dwadzieścia parę lat temu, kraj obiegła sensacyjna wiadomość, jakoby nasz rodak Łucjan Łągiewka wynalazł zderzak samochodowy, który zmniejsza skutki zderzenia. I nie chodziło tu o zastosowane materiały samego zderzaka, a o mechanizm zmniejszający siły występujące podczas zderzenia.Urządzenie zostało opatentowane, obsypane międzynarodowymi nagrodami, a jego twórca przez wiele miesięcy nie schodził z programów TV. Podekscytowani dziennikarze roztaczali wizje zmniejszenia skutków kolizji drogowych, w tym wypadków śmiertelnych. Pana Łągiewkę przedstawiano jako geniusza epoki. Mówiono hasłowo – „zderzak Łągiewki”. Pamiętam nawet prezentację w programie telewizyjnym, na której pan Łągiewka porównywał zderzenie samochodu z zainstalowanym urządzeniem i bez tego urządzenia. Ale niezbyt czytelny i oczywisty był ten pokaz. Później, jak czytałem, zderzakiem tym zainteresowały się światowe koncerny motoryzacyjne.
Jednak od samego początku, każdy w miarę rozgarnięty fizyk zakresu dynamiki, doskonale wiedział, że to mistyfikacja, że taki mechanizm, który zmniejsza siły niszczące (de facto ujemne przyśpieszenie) podczas zderzenia, nie istnieje. Dlaczego? 😉
ODPOWIEDŹ:
Bo tak. To jest najkrótsza, właściwa odpowiedź.
Gdy w TV szły programy o tym wynalazku, w rodzinie zaśmiewaliśmy się na przemian: raz ze zderzaka, drugi raz ze skeczów Laskowika. Choć przyznam, Laskowik był sympatyczniejszy. Wizje pana Łągiewki odbierałem z sympatią. Widziałem jego zaangażowanie, wiarę w swoje idee, wczuwałem się w emocje człowieka, który mimo braku wiedzy, czegoś szuka i idzie w poprzek, w takim nonkonformistycznym stylu. Takich ludzi zawsze cenię i wspieram. Ale gdy dowiedziałem się, że za sprawą stoi nauczyciel akademicki i to z tytułem profesora, zwyczajnie powiało grozą…
Wyobraźmy sobie zatem, że mamy 2 identyczne samochody, pod każdym względem. Jeden ma zainstalowany zderzak Łągiewki, drugi, dla zachowania tej samej masy, balast. Balast i zderzak są schowane w bagażniku, na oko też nie widać różnic. I nie obchodzi nas co tam jest w bagażniku ze zderzakiem. Czy to jest jakaś przekładnia, kierat, rakietka czy wodotrysk. Nas interesuje efekt. Co jest pod maską z przodu, też nas nie interesuje. Obydwa auta rozpędzamy do tej samej prędkości i walimy w mur. Jak Państwo sądzą – czy jedno z nich będzie miało mniej wgnieceń? O właśnie, to tylko taki eksperyment w wyobraźni. Ale przejdźmy do fizyki. Otóż samo zderzenie następuje na jakiejś drodze. Liczymy ją mierząc przesunięcie auta od momentu zetknięcia z murem do zatrzymania. Skoro autor urządzenia mówi o „tłumieniu energii” i zmniejszaniu siły podczas zderzenia, zdefiniujmy sobie siłę. Otóż jest to iloczyn masy ciała i przyśpieszenia (opóźnienia), z jakim ono się przemieszcza. Piszemy: F = m x a. Masy nie zmienimy i wiadomo czym ona jest. Ale zdefiniujmy zatem przyśpieszenie. Jest to stosunek przyrostu (przy opóźnieniu mówimy o spadku) prędkości ciała do czasu, w którym on nastąpił. Piszemy: a = (v1 – v2) : t. Gdzie v1 jest prędkością początkową, zaś v2 prędkością końcową. Ponieważ u nas v2 = 0, możemy zapiać, że: a = v1 : t. Widzimy teraz, że za siły działające na zwalniające ciało (np. podczas zderzenia) odpowiadają jego prędkość początkowa i czas hamowania do zera. No to przejdźmy do eksperymentu. Rozpędzamy auto do prędkości 100 km/h i walimy w mur. Przód się rozkwasi i auto skróci się, załóżmy, o 500 mm. Teraz bierzemy identyczny samochód, ale już z maszynką Łągiewki i z tej samej prędkości walimy w mur. Wracamy do ostatniego wzoru. V1 mieliśmy równą 100 km/h, więc tej wielkości się nie da zmienić. Pozostaje czas. Ergo – siły działające przy opóźnieniu zależą jedynie od czasu zgniatania maski. Ale wzór wiążący czas, prędkość i drogę w ruchu jednostajnie przyśpieszonym, wyraża się równaniem: t = 2s : v. Czyli jak widać, w naszym przypadku nie można zmienić czasu, podczas którego następowało zgniatanie auta. No bo nie zmienimy prędkości początkowej i tych 500 mm też nie. Jest to więc dowód na to, że jeśli mamy jakieś ciało o danej masie, poruszające się z daną prędkością i hamujące na danej długości toru, to nie można zmienić siły bezwładności występującej w tym ciele, a do tego przekonuje L.Łągiweka. Oczywiście można, bo chwilowo można zmniejszyć hamowanie, ale zaraz potem, jeszcze w badanym czasie należ zwiększyć, by średnia wyszła jak we wzorach. I tak być musi, „bo inaczej się udusi”, jakby to skwitował klasyk.