Botsing motorvoertuig
Sjoerd stelde deze vraag op 08 april 2017 om 13:45.Beste allen,
Vanuit interesse probeer ik een sommetje op te lossen, helaas ontbreekt mij de kennis en handigheid hiervoor de juiste aanpak te vinden.
De situatie is als volgt:
Een motor met persoon, totaal ongeveer 250kg rijdt met 20km/u frontaal op een auto van ongeveer 850kg.
Bij de botsing lanceren de bestuurder van de motor over de auto en de motor vliegt naar achter, in de richting van waar de auto op reedt.
De afstand van de motor, van de plaats van botsing tot waar deze terechtkomt is ongeveer 2,5 tot 3 meter.
Nu is de vraag: welke snelheid zal een auto nodig hebben om deze kracht over te kunnen brengen op de motor om deze zo ver terug te duwen?
Ik hoop dat er iemand is die daar antwoord op kan geven.
Sjoerd
Reacties
Theo de Klerk
op
08 april 2017 om 14:24
Dit lijkt een vraag over overdracht van impuls (hoeveelheid beweging) die zowel auto als motor in tegengestelde richting hebben.
Als de botsing volledig elastisch was geweest (zoals biljartballen) dan kun je wat gaan rekenen, maar hier zullen auto en motor vervormen door de klap (en daar gaat een onbekende hoeveelheid energie in zitten waardoor ook de impulsoverdracht niet volledig zal zijn). Daarnaast gaat een deel van de impuls "mee" met de motorrijder die over de auto vliegt. De motor zelf (massa van het ding alleen? Zo'n 160-180 kg?) is degene die wordt teruggeworpen. Door de lucht en komt met een boog na 3 m weer op de grond?
Er zitten nogal wat onbekende waarden in deze vraag.
En echt alleen interesse of zit er weer een reeel geval achter met "gedoe" tussen politie, verzekering, slachtoffers? Het probleem is geen "leerboekvoorbeeld" waarin allerhand aannames en verwaarlozing worden gedaan. Realiteit is vaak een stuk complexer doordat zaken niet verwaarloosd kunnen worden.
Als de botsing volledig elastisch was geweest (zoals biljartballen) dan kun je wat gaan rekenen, maar hier zullen auto en motor vervormen door de klap (en daar gaat een onbekende hoeveelheid energie in zitten waardoor ook de impulsoverdracht niet volledig zal zijn). Daarnaast gaat een deel van de impuls "mee" met de motorrijder die over de auto vliegt. De motor zelf (massa van het ding alleen? Zo'n 160-180 kg?) is degene die wordt teruggeworpen. Door de lucht en komt met een boog na 3 m weer op de grond?
Er zitten nogal wat onbekende waarden in deze vraag.
En echt alleen interesse of zit er weer een reeel geval achter met "gedoe" tussen politie, verzekering, slachtoffers? Het probleem is geen "leerboekvoorbeeld" waarin allerhand aannames en verwaarlozing worden gedaan. Realiteit is vaak een stuk complexer doordat zaken niet verwaarloosd kunnen worden.
Sjoerd
op
08 april 2017 om 14:41
Theo de Klerk plaatste:
Dit lijkt een vraag over overdracht van impuls (hoeveelheid beweging) die zowel auto als motor in tegengestelde richting hebben.Als de botsing volledig elastisch was geweest (zoals biljartballen) dan kun je wat gaan rekenen, maar hier zullen auto en motor vervormen door de klap (en daar gaat een onbekende hoeveelheid energie in zitten waardoor ook de impulsoverdracht niet volledig zal zijn). Daarnaast gaat een deel van de impuls "mee" met de motorrijder die over de auto vliegt. De motor zelf (massa van het ding alleen? Zo'n 160-180 kg?) is degene die wordt teruggeworpen. Door de lucht en komt met een boog na 3 m weer op de grond?
Er zitten nogal wat onbekende waarden in deze vraag.
En echt alleen interesse of zit er weer een reeel geval achter met "gedoe" tussen politie, verzekering, slachtoffers? Het probleem is geen "leerboekvoorbeeld" waarin allerhand aannames en verwaarlozing worden gedaan. Realiteit is vaak een stuk complexer doordat zaken niet verwaarloosd kunnen worden.
Is inderdaad een reeel geval, maar mijn interesse, ik heb niets te maken met het voorval. Ik zag het echter wel gebeuren, de auto was in dit geval tot de impact niet zichtbaar en vandaar dat ik mij afvroeg hoe snel je wel niet moet gaan. Ook een soort realisatie van de kwetsbaarheid op de weg.
de motor van 180kg is het enige object dat terug geworpen is, het voorwiel is voor de helft in de auto geduwd voor het hele partijtje de lucht in ging.
Inderdaad pittig complex als ik er zo overna denk.
Theo de Klerk
op
08 april 2017 om 14:48
>de auto was in dit geval tot de impact niet zichtbaar
Dat vind ik moeilijk voorstelbaar als het een "head-on" botsing was die niet in volslagen dichte mist plaatsvond. Als de auto "ineens" uit een andere straat komt kan het door muren en bebossing misschien onzichtbaar zijn tot het te laat is. Maar bij een zijwaartse botsing zouden er nog meer onbekende variabelen in het spel zijn.
Dat vind ik moeilijk voorstelbaar als het een "head-on" botsing was die niet in volslagen dichte mist plaatsvond. Als de auto "ineens" uit een andere straat komt kan het door muren en bebossing misschien onzichtbaar zijn tot het te laat is. Maar bij een zijwaartse botsing zouden er nog meer onbekende variabelen in het spel zijn.
Sjoerd
op
08 april 2017 om 14:52
De auto was voor mij niet zichtbaar, ik zag het ongeluk van opzij. De motorrijder draaide de hoek om, om een groot stuk bossage (dat mij ook het zicht belemmerde). Waarna zij op de auto inreed.
Later gehoord dat de auto bestuurde beweerde zo goed als stil te staan, dit lijkt mij zeer onwaarschijnlijk.
Later gehoord dat de auto bestuurde beweerde zo goed als stil te staan, dit lijkt mij zeer onwaarschijnlijk.
Theo de Klerk
op
09 april 2017 om 12:32
Bij bochtenwerk zal in eerste instantie gelden "wie had voorrang?" (oftewel "wie keek er niet voldoende uit?")
Maar stel even dat de bocht genomen is en de motor met 20 km/h (=5,6 m/s) op de auto knalt die naar beweren langzaam reed. Stel ook maar 20 km/h (5,6 m/s)
Bij elke botsing geldt behoud van impuls p (de som van p=m.v van alle onderdelen voor en na de botsing is hetzelfde, rekening houdend met de richtingen van snelheid v. Neem bijv. auto rijdt naar rechts als +, motor naar links als -).
Voor de botsing
auto x snelheid + motor x snelheid = 850 x 5,6 + 250 x (-5,6) = 3360 kgm/s
Dus ook na de botsing. Neem aan dat de auto dan stilstaat en de motorrijder "gewoon" doorgaat (vliegt over de auto heen):
3360 = auto x snelheid + motorrijder x snelheid + motor x snelheid
3360 = 850 x 0 + 80 x (-5,6) + 170 v
vmotor = (3360 + 448)/170 = 22,4 m/s
Dat een motor dus in korte tijd 3 meter naar rechts wordt gegooid door een langzaam rijdende auto is helemaal niet zo gek: in het "elastische" geval zou het zelfs 22,4 m zijn in een seconde.
Door de grotere massa van de auto lijkt die meer op een muur waartegen de motor terugkaatst met dezelfde snelheid als waarmee hij erop botst. En als die muur een beetje beweegt, dan is die teruggaande snelheid nog een beetje hoger.
Doordat in werkelijkheid er een inelastische botsing is (auto's hebben niet voor niets een kreukelzone - de kracht van indeuken vermindert de restimpuls) zullen de werkelijke getallen veel lager liggen, maar 3 m teruggeworpen worden van een motor is bij een langzaam rijdende auto niet onwaarschijnlijk.
Als de impuls toch verandert, dan is er een kracht aanwezig die een "stoot" levert: F = Δp/Δt (bij een tennisracket geeft dat extra impuls aan de bal, bij een stootblok neemt die impuls juist af - dit laatste zal bij een botsing met kreukelen het geval zijn).
Maar stel even dat de bocht genomen is en de motor met 20 km/h (=5,6 m/s) op de auto knalt die naar beweren langzaam reed. Stel ook maar 20 km/h (5,6 m/s)
Bij elke botsing geldt behoud van impuls p (de som van p=m.v van alle onderdelen voor en na de botsing is hetzelfde, rekening houdend met de richtingen van snelheid v. Neem bijv. auto rijdt naar rechts als +, motor naar links als -).
Voor de botsing
auto x snelheid + motor x snelheid = 850 x 5,6 + 250 x (-5,6) = 3360 kgm/s
Dus ook na de botsing. Neem aan dat de auto dan stilstaat en de motorrijder "gewoon" doorgaat (vliegt over de auto heen):
3360 = auto x snelheid + motorrijder x snelheid + motor x snelheid
3360 = 850 x 0 + 80 x (-5,6) + 170 v
vmotor = (3360 + 448)/170 = 22,4 m/s
Dat een motor dus in korte tijd 3 meter naar rechts wordt gegooid door een langzaam rijdende auto is helemaal niet zo gek: in het "elastische" geval zou het zelfs 22,4 m zijn in een seconde.
Door de grotere massa van de auto lijkt die meer op een muur waartegen de motor terugkaatst met dezelfde snelheid als waarmee hij erop botst. En als die muur een beetje beweegt, dan is die teruggaande snelheid nog een beetje hoger.
Doordat in werkelijkheid er een inelastische botsing is (auto's hebben niet voor niets een kreukelzone - de kracht van indeuken vermindert de restimpuls) zullen de werkelijke getallen veel lager liggen, maar 3 m teruggeworpen worden van een motor is bij een langzaam rijdende auto niet onwaarschijnlijk.
Als de impuls toch verandert, dan is er een kracht aanwezig die een "stoot" levert: F = Δp/Δt (bij een tennisracket geeft dat extra impuls aan de bal, bij een stootblok neemt die impuls juist af - dit laatste zal bij een botsing met kreukelen het geval zijn).
Sjoerd
op
09 april 2017 om 13:25
Schitterende calculatie, ik vind het leerzaam! Dank u wel
Theo de Klerk
op
09 april 2017 om 13:47
Het lijkt wat tegen-intuitief, maar het is niet voor niets dat enkele jaren terug de ANWB een opstelling liet rondgaan waarin mensen konden ervaren hoe het is om "ineens" bij een botsing met en zonder gordels vooruit te schieten - zelfs al bij lage snelheid.
Dat heeft alles te maken met de kracht (F = m.a) die op jou als persoon met massa m (bijv 80 kg) wordt uitgeoefend. De versnelling (vertraging) a is de snelheidsverandering (meestal van v m/s naar 0, bijv. bij botsen met 20 km/h is dat een verandering van 0 - 5,6 = -5,6 m/s2).
De impulsverandering is dan massa x snelheidsverandering = 80 x -5,6 = - 448 kgm/s
Dat komt overeen met de "stoot" F x Δt waarin Δt de tijd is waarin je tot stilstand komt. Als dat bijna instantaan is (valt van een dak op de stenen stoep of met een auto tegen een boom) dan is Δt heel klein en bij gevolg moet de kracht F heel groot zijn, want vermenigvuldigd moet dit
F Δt = Δp = 448 opleveren: F = 448/Δt
Vul maar wat waarden voor Δt in en dan "zie" je waarom een kreukelzone of een rubberen stoeptegel doordat ze indrukken die remtijd Δt verlengen. Zelfs een verdubbeling van de tijd (van 1 ms naar 2 ms) geeft al een halvering van de kracht. Hoe langer gekreukeld wordt, hoe langer een veiligheidsgordel meegeeft en je toch tegenhoudt, hoe langer een motorhelm kan indeuken, hoe langer een stootblok een trein tot stoppen brengt: alles wat de tijd langer maakt, resulteert in een kleinere kracht die daarbij gevoeld wordt. En hoe groter de kans dat je dat overleeft of dat de overige schade beperkt blijft.
Dat heeft alles te maken met de kracht (F = m.a) die op jou als persoon met massa m (bijv 80 kg) wordt uitgeoefend. De versnelling (vertraging) a is de snelheidsverandering (meestal van v m/s naar 0, bijv. bij botsen met 20 km/h is dat een verandering van 0 - 5,6 = -5,6 m/s2).
De impulsverandering is dan massa x snelheidsverandering = 80 x -5,6 = - 448 kgm/s
Dat komt overeen met de "stoot" F x Δt waarin Δt de tijd is waarin je tot stilstand komt. Als dat bijna instantaan is (valt van een dak op de stenen stoep of met een auto tegen een boom) dan is Δt heel klein en bij gevolg moet de kracht F heel groot zijn, want vermenigvuldigd moet dit
F Δt = Δp = 448 opleveren: F = 448/Δt
Vul maar wat waarden voor Δt in en dan "zie" je waarom een kreukelzone of een rubberen stoeptegel doordat ze indrukken die remtijd Δt verlengen. Zelfs een verdubbeling van de tijd (van 1 ms naar 2 ms) geeft al een halvering van de kracht. Hoe langer gekreukeld wordt, hoe langer een veiligheidsgordel meegeeft en je toch tegenhoudt, hoe langer een motorhelm kan indeuken, hoe langer een stootblok een trein tot stoppen brengt: alles wat de tijd langer maakt, resulteert in een kleinere kracht die daarbij gevoeld wordt. En hoe groter de kans dat je dat overleeft of dat de overige schade beperkt blijft.
Sjoerd
op
10 april 2017 om 12:23
Wauw, bedankt voor de leerzame informatie!