Η οδική ασφάλεια μέσα από τα μαθηματικά και την φυσική - από το https://idaskalos.blogspot.com
Σε προηγούμενα μαθήματα μιλήσαμε για τη σημασία της οδικής ασφάλειας είτε κυκλοφορούμε στον δρόμο ως πεζοί είτε οδηγώντας οποιοδήποτε όχημα, από πατίνι έως αυτοκίνητο. 
Δεν είχαμε εξηγήσει όμως, πόσο εύκολο είναι να γίνει κάποιο ατύχημα (σύγκρουση) ή ακόμα χειρότερα, δυστύχημα, όταν συνδυαστούν κάποιοι συγκεκριμένοι παράγοντες.

Αυτοί οι παράγοντες είναι κυρίως, η έλλειψη προσοχής, η κίνηση με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτήν που πρέπει και η κατάσταση του οχήματος (ελαστικά, αναρτήσεις, φρένα, τιμόνι) και του οδοστρώματος.

Το πόσο σοβαρό θα είναι το ατύχημα, εξαρτάται από την ταχύτητα και την μάζα (αυτά ορίζουν το μέγεθος της ορμής και της κινητικής ενέργειας) των σωμάτων που συγκρούονται, καθώς επίσης και την σφοδρότητα και το είδος της πρόσκρουσης (ελαστική ή άκαμπτη).

Αλλά ας πάρουμε τα πράγματα με τη σειρά.

Μιας και λέμε για ταχύτητα, ποια θεωρείτε ότι είναι η ασφαλέστερη ταχύτητα (που επιτρέπει να αντιδράσουμε με ασφάλεια σε οποιονδήποτε κίνδυνο), όταν κινούμαστε μέσα σε κατοικημένη περιοχή; 30 χλμ, 40 χλμ, 60χλμ;

Πριν απαντήσετε, ας δούμε τι σημαίνει πρώτα ταχύτητα 30χλμ/ώρα.

30χλμ/ώρα είναι η ταχύτητα με την οποία ένας δρομέας των 100 μ. περνάει και κόβει το νήμα τερματισμού στον κλειστό στίβο και που, για να σταματήσει χρειάζεται 20 μέτρα ομαλή επιβράδυνση και βίαιη επαφή με τα αφρολέξ που υπάρχουν στις άκρες του σταδίου!

30χλμ/ώρα είναι η ταχύτητα πρόσκρουσης στο πεζοδρόμιο, αν πέσουμε από τον 3ο όροφο ενός κτηρίου! (πράγμα που κατά πάσα πιθανότητα θα είναι μοιραίο)

Βλέπουμε λοιπόν ότι και τα 30χλμ (που μπορεί σε κάποιους να φαίνονται λίγα), σε πολλές περιπτώσεις είναι πολλά...

Για να το κάνουμε ακόμα πιο παραστατικό:
Ένα όχημα που κινείται με 30χλμ/ώρα, διανύει 8,5 μ. κάθε 1 δευτερόλεπτο!

Αν σκεφτούμε ότι ο χρόνος αντίδρασης ενός μέσου οδηγού (που είναι σε ετοιμότητα) σε ένα απλό οπτικό ερέθισμα, είναι στην καλύτερη περίπτωση 1 δευτερόλεπτο (οι κορυφαίοι οδηγοί αγώνων έχουν χρόνο αντίδρασης 0,6 sec), φανταστείτε τι γίνεται αν χαζεύουμε ή αν τα ερεθίσματα είναι περισσότερα από ένα (2 - 3 παιδιά που τρέχουνε)!
Άρα, αν οδηγώντας με 30 χλμ/ώρα μάς προκύψει ξαφνικά ένα απρόβλεπτο εμπόδιο, θα χρειαστούμε 1 δευτερόλεπτο για να αντιδράσουμε και να αρχίσουμε να φρενάρουμε. Μέχρι να συμβεί αυτό όμως, θα έχουμε ήδη διανύσει 8,5 μέτρα (γιατί είπαμε ότι κάθε δευτερόλεπτο κινούμαστε 8,5 μέτρα) και θα χρειαστούμε ακόμα 5,5 μέτρα ωφέλιμο φρενάρισμα για να σταματήσουμε (σε πολύ καλό οδόστρωμα)!
Οπότε, συνολικά θα χρειαστούμε σχεδόν 14 ολόκληρα μέτρα μέχρι να ακινητοποιηθούμε εντελώς!!!

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι εάν το εμπόδιο βρεθεί στον δρόμο μας σε απόσταση μικρότερη από 14 μέτρα, τότε πρώτα θα το χτυπήσουμε και μετά θα σταματήσουμε! Αν κινούμαστε με μεγαλύτερη ταχύτητα, τότε τα πράγματα είναι ακόμα χειρότερα, επειδή η απόσταση που χρειάζεται για να ακινητοποιηθούμε, δεν μεγαλώνει αναλογικά με την ταχύτητα, αλλά με γεωμετρική πρόοδο.

Δηλαδή, αν πηγαίνουμε με την διπλάσια ταχύτητα, 60 χλμ/ώρα (κάθε 1 δευτερόλεπτο διανύουμε 8,5 x 2 = 17 μέτρα), από την ώρα που θα δούμε τον κίνδυνο, θα χρειαστούμε 17 μέτρα + 22 μέτρα ωφέλιμο φρενάρισμα (και όχι 11 μέτρα που θα ήταν το διπλάσιο), που μας κάνει περίπου 40 ολόκληρα μέτρα!!!

Για να κάνουμε εικόνα το πόση είναι η απόσταση των 40 μέτρων, ας φανταστούμε ότι βλέπουμε τον κίνδυνο στην αρχή ενός δρόμου που έχει παρκαρισμένα αυτοκίνητα. Πόσα αυτοκίνητα πιστεύετε πρέπει να προσπεράσουμε έως ότου να ακινητοποιηθούμε εντελώς; Η απάντηση είναι περίπου 10!

Βλέπουμε λοιπόν, πόσο εύκολο είναι να εμπλακούμε σε κάποιο ατύχημα, ακόμα και όταν τα οχήματα κυκλοφορούν με σχετικά μικρή ταχύτητα. Για αυτό μεγάλη προσοχή όταν θέλουμε να κατέβουμε από το πεζοδρόμιο, όταν κινούμαστε στον δρόμο ή όταν οδηγούμε κάποιο όχημα και πρέπει να αλλάξουμε λωρίδα κυκλοφορίας.

Τώρα πάμε να εξηγήσουμε αναλυτικά όσα είπαμε πιο πάνω:

Είπαμε ότι αν οδηγούμε το ποδήλατό μας (ή οποιοδήποτε άλλο όχημα, το ίδιο ισχύει και για τις μηχανές και τα αυτοκίνητα) και κάποιο εμπόδιο (αντικείμενο, ζώο ή άνθρωπος), βρεθεί ξαφνικά στο δρόμο μας, το αν θα προλάβουμε να σταματήσουμε ή όχι, εξαρτάται από την ταχύτητα που κινούμαστε, το πόσο γρήγορα θα αντιληφθούμε τον κίνδυνο και την κατάσταση του δρόμου.
Ο λόγος είναι πως από αυτά τα τρία εξαρτάται η απόσταση του φρεναρίσματος (πέδησης) και η απόσταση ακινητοποίησης, δηλαδή πόσα μέτρα θα χρειαστούμε μέχρι να σταματήσουμε τελείως. Η διαφορά των δύο αυτών αποστάσεων είναι ότι, στην απόσταση ακινητοποίησης συνυπολογίζεται και η απόσταση που διανύει το ποδήλατο (όχημα) από τη στιγμή που θα αντιληφθούμε τον κίνδυνο, μέχρι να πατήσουμε τα φρένα, δηλαδή ο χρόνος αντίδρασης του οδηγού. 

Ας πάρουμε το παραπάνω παράδειγμα για να δούμε πώς εφαρμόζονται στην πράξη οι νόμοι της Φυσικής.


Έστω ότι οδηγούμε το ποδήλατό μας, το οποίο μαζί με εμάς (ποδήλατο + αναβάτης) έχει μάζα: m = 60 klg, κινούμενοι με ταχύτητα: u1 = 30 χλμ/ώρα και σε απόσταση μπροστά, βλέπουμε ότι ένα άλλο όχημα ξαφνικά σταματάει. Η αντίδρασή μας είναι ακαριαία (στην πραγματικότητα η αντίδραση δεν είναι ποτέ ακαριαία, αφού μεσολαβεί κάποιος χρόνος αντίδρασης, για τον οποίο θα μιλήσουμε παρακάτω) και πατάμε αμέσως τα φρένα.

Ποια δύναμη ενεργεί για να σταματήσει το ποδήλατό (όχημα) μας;

Με το που πατάμε τα φρένα, τα τακάκια έρχονται σε επαφή με τους τροχούς που περιστρέφονται, με αποτέλεσμα να αναπτύσσεται ξηρή τριβή και να παράγεται θερμότητα. Η τριβή αυτή, επιβραδύνει την περιστροφή των τροχών και μια άλλη δύναμη τριβής, αυτή που αναπτύσσεται μεταξύ των ελαστικών των τροχών και του εδάφους, ακινητοποιεί το ποδήλατο.
Βλέπουμε λοιπόν ότι η αλλαγή στην κινητική ενέργεια, που στην περίπτωσή μας είναι: 
και η μετατροπή της σε θερμότητα οφείλεται στην τριβή, η οποία είναι και η μόνη δύναμη που παράγει έργο κατά την επιβράδυνση του ποδηλάτου.

Πόση είναι η απόσταση που θα χρειαστούμε για να ακινητοποιήσουμε το ποδήλατο;

Η ταχύτητα του ποδηλάτου συμβολίζεται με u1, ενώ το διάστημα που θέλουμε να υπολογίσουμε, συμβολίζεται με s. Το διάστημα αυτό είναι η ολική απόσταση που θα χρειαστεί το ποδήλατό μας για να σταματήσει εντελώς, δηλαδή από κίνηση με u1 = 30 χλμ/ώρα, σε πλήρη ακινησία u2 = 0.

Για να υπολογίσουμε την απόσταση θα χρησιμοποιήσουμε τον τύπο:
όπου: s είναι η απόσταση πέδησης, u1 είναι η ταχύτητα του ποδηλάτου, μ = 0,65 είναι ο συντελεστής τριβής μεταξύ οδοστρώματος- ελαστικών (περίπου ίσος με 0,65 για στεγνό οδόστρωμα και 0,35 για βρεγμένο) και g = 9,81 m/s (μέτρα/δευτερόλεπτο εις το τετράγωνο) η επιτάχυνση της βαρύτητας.

Προσοχή πρέπει να δοθεί στην αντικατάσταση της ταχύτητας, διότι πρέπει να μετατραπεί από χιλιόμετρα/ώρα σε μέτρα/δευτερόλεπτο. Αυτό γίνεται αν μετατρέψουμε τα χιλιόμετρα σε μέτρα και τις ώρες σε δευτερόλεπτα,
Η οδική ασφάλεια μέσα από τα μαθηματικά και την φυσική - by https://idaskalos.blogspot.gr
ή αν απλά διαιρέσουμε την τιμή της ταχύτητας σε χλμ/ώρα (30 στην προκειμένη περίπτωση), με το 3,6. Άρα, αντικαθιστώντας για u1 = 30 : 3,6 = 8,33 m/s έχουμε: 
Η οδική ασφάλεια μέσα από τα μαθηματικά και την φυσική - by https://idaskalos.blogspot.gr
Δηλαδή, το ποδήλατο χρειάζεται περίπου 5,5 μέτρα για να σταματήσει από τη στιγμή που θα πατήσουμε τα φρένα. 

Όπως όμως είπαμε και πριν, μιλώντας για την απόσταση πέδησης, η αντίδραση ενός οδηγού, μόλις αντιληφθεί τον κίνδυνο, στην πράξη δεν είναι ποτέ ακαριαία. Πάντα μεσολαβεί ένα μικρό χρονικό διάστημα, το οποίο ονομάζουμε χρόνο αντίδρασης. Όσο μικρότερος είναι αυτός ο χρόνος τόσο το καλύτερο, καθώς η επιπλέον απόσταση που θα διανύσει το όχημα, μπορεί να έχει σοβαρές επιπτώσεις στην οδική ασφάλεια.
Αυτό που μπορεί σίγουρα να βοηθήσει είναι το να έχουμε πάντα την προσοχή μας στο δρόμο και να προσαρμόζουμε την ταχύτητά μας ανάλογα με τις συνθήκες που επικρατούν κάθε στιγμή.

Τι σημαίνει όμως χρόνος αντίδρασης και πόσο εκτιμάται ότι διαρκεί για ένα μέσο οδηγό;

Χρόνος αντίδρασης είναι το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί από τη στιγμή που αρχίζει ο οδηγός να αντιλαμβάνεται κάποιο σήμα ή κάτι που συμβαίνει, μέχρι να ανταποκριθεί σε αυτό.

Όπως είπαμε παραπάνω, έστω ότι οδηγούμε το ποδήλατό μας κινούμενοι με ταχύτητα 30 χλμ/ώρα και μερικά μέτρα πιο μπροστά, βλέπουμε ότι ένα άλλο όχημα σταματάει ξαφνικά. Από τη στιγμή που θα αναγνωρίσουμε τον κίνδυνο μέχρι που να πατήσουμε τα φρένα για να αρχίσει το φρενάρισμα, μεσολαβεί κάποιος χρόνος, που για το μέσο οδηγό έχει υπολογιστεί στα 1-2 δευτερόλεπτα (από 1 sec για τον πολύ προσεκτικό και γρήγορο οδηγό, ως 2 sec για τον απρόσεκτο, ενώ οι κορυφαίοι οδηγοί αγώνων έχουν χρόνο αντίδρασης 0,6 sec).

Ο χρόνος αντίδρασης του 1 δευτερολέπτου ακούγεται ίσως αμελητέος. Δεν είναι όμως! Στην πραγματικότητα μπορεί να αποβεί μοιραίος. Για να το κατανοήσουμε, ας εξετάσουμε το προηγούμενο παράδειγμα, αυτή τη φορά συνυπολογίζοντας και το χρόνο αντίδρασης RT = 1sec.

Στην προηγούμενη απόσταση πέδησης που υπολογίσαμε πρέπει να προσθέσουμε ακόμα και την απόσταση s1, η οποία αντιστοιχεί στην απόσταση που θα διανύσει το ποδήλατο στο χρόνο του ενός δευτερολέπτου (τον υποτιθέμενο χρόνο αντίδρασης του οδηγού). 

Για χρόνο αντίδρασης ενός δευτερολέπτου και με ταχύτητα 30 χλμ/ώρα (δηλαδή 30 km/h : 3,6 = 8,33 m/s), το s1 δίνεται ως εξής:
όπου RT (ή t αντίδρασης) είναι ο χρόνος αντίδρασης του οδηγού («Reaction Time»).

Άρα, ουσιαστικά το συνολικό διάστημα ακινητοποίησης (για στεγνό οδόστρωμα), είναι:
δηλαδή παραπάνω από διπλάσιο από το προηγούμενο, όπου δεν είχε υπολογισθεί ο χρόνος αντίδρασης του οδηγού. Άρα, το συνολικό διάστημα ακινητοποίησης αποτελεί το άθροισμα του χρόνου που μεσολαβεί από τη στιγμή της συνειδητοποίησης του επερχόμενου κινδύνου και της ανάγκης για πέδηση, μέχρι τη στιγμή που ο οδηγός πατάει τα «φρένα» και του χρόνου που μεσολαβεί από τη στιγμή εφαρμογής των «φρένων» μέχρι την ακινητοποίηση του ποδηλάτου.

Παρατηρώντας επίσης τον τύπο υπολογισμού της απόστασης ακινητοποίησης, 
μπορούμε να συνοψίσουμε τα εξής σημαντικά σημεία:

Η ταχύτητα του ποδηλάτου πριν την έναρξη του φρεναρίσματος, είναι το πλέον σημαντικό μέγεθος στον τύπο αυτό.
Στο παράδειγμά μας, θεωρώντας ότι το μ είναι σταθερό, για διπλάσια ταχύτητα (δηλαδή 60 χλμ/ώρα) ένα αυτοκίνητο θα χρειαζόταν σχεδόν τριπλάσιο διάστημα ακινητοποίησης, για στεγνό οδόστρωμα, δηλαδή περίπου 38,5 μέτρα!!!. Φαντάσου να ερχόταν κατά πάνω μας!

Κι αν η απόσταση μέχρι το εμπόδιο δεν είναι αρκετή για να σταματήσουμε;

Τότε δυστυχώς, αν δε καταφέρουμε με ελιγμό να το αποφύγουμε, θα συγκρουστούμε μαζί του.
Κατά την σύγκρουση ενός οχήματος ισχύει η αρχή διατήρησης τις ορμής (p = m.u => p = 60kg . 30km => p = 1800 kg, για ποδήλατο με οδηγό συνολικής μάζας 60kg και ταχύτητα 30km), γιατί δεν ασκούνται εξωτερικές δυνάμεις στα οχήματα και φυσικά η αρχή διατήρησης της ενέργειας, χωρίς ωστόσο να ισχύει η αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας, αφού μέρος της μηχανικής ενέργειας δαπανάται από το έργο πλαστικής παραμόρφωσης και το έργο της τριβής και αυτό στη συνέχεια μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια που διαχέεται στο περιβάλλον.

Ειδικά σε ατυχήματα με δίκυκλα, ο αναβάτης χάνει την ισορροπία του ποδηλάτου ή της μοτοσικλέτας και πέφτει στο έδαφος. Συνήθως ο αναβάτης κατά την πτώση αποχωρίζεται από το δίκυκλο και συνεχίζει σχεδόν με την ίδια ταχύτητα και περίπου προς την κατεύθυνση που αυτό είχε ακριβώς πριν την πτώση. Ο αναβάτης κινείται πάνω στο έδαφος και μέχρι να ακινητοποιηθεί επιβραδύνει, κυρίως μέσω της τριβής του σώματος του με το οδόστρωμα.

Δηλαδή όλη η κινητική του ενέργεια αναλώνεται μέσω του έργου της τριβής.

Εκιν = Wτριβ = T·s 

Η τριβή που ασκείται επιβραδύνοντας τον αναβάτη είναι δυναμική τριβή ολίσθησης, γιατί ο αναβάτης κινείται. Η τριβή είναι μια μη συντηρητική δύναμη γιατί σε μια κλειστή διαδρομή το έργο που παράγεται είναι διάφορο του μηδενός. Το αποτέλεσμα της δύναμης τριβής είναι η δημιουργία σοβαρών εκδορών στον αναβάτη και η άνοδος της θερμοκρασίας στο σημείο επαφής του αναβάτη με το οδόστρωμα, που οδηγεί σε εγκαύματα.

Κατά τη σύγκρουση δικύκλων με άλλα οχήματα ή με στοιχεία της οδικής υποδομής, είναι συχνό το φαινόμενο της εκτόξευσης του αναβάτη από το δίκυκλο.   

Αν ο αναβάτης είναι εξοπλισμένος με κράνος, ειδικό ρουχισμό προστασίας, μπότες και γάντια αναβάτη, αποφεύγει τα εγκαύματα και τις εκδορές, καθώς το υλικό αυτού του τύπου ρουχισμού είναι πιο σκληρό από το ανθρώπινο δέρμα (δέρμα ζώων ή συνθετικό ύφασμα με πλαστικό), ενώ επιπλέον προστατεύεται και από κατάγματα.

Από τα παραπάνω, προκύπτει πως οι βασικότεροι παράγοντας για την οδική ασφάλεια είναι, το όχημα που οδηγούμε να λειτουργεί σωστά, η κατάσταση του δρόμου, η κίνηση με την κατάλληλη ταχύτητα και η αφιέρωση της απαραίτητης προσοχής στην οδήγηση.

Γενικά, μπορούμε να τα συμπεριλάβουμε όλα στην πάρα πολύ σοφή λαϊκή ρήση... Τα μάτια μας 14!