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计算一下飙车的速度(并请众高手共同完善提高)

(2009-05-26 14:59:54)
标签:

杭州

宝马

法律

改装

公平

交通肇事

汽车

危害公共安全

杂谈

飙车

分类: 经济杂谈

对于杭州的飙车案,近来陆续看到一些报道说了一些现场的情况,本人以20年前顶级物理系学生的记忆,把有关的数据再计算一下,很多事情要说什么总是需要有证据,大家凭感觉总是不科学严谨的,同时也算是重温一下当年对于物理学的爱好。

大家对于新知道的人被撞飞37.5米都非常的愤慨,但是我要说的是两个质量相差很大的物体碰撞,按照物理学一个质量是十多倍的大球撞击小球的实验,大球把小球撞飞的速度是可以大大的高于大球的运动速度的,所以具体的问题确实应当计算一下。

首先知道的数据是刹车痕迹L=45米,人被撞最新的说法不是20米而是37.5米,飞起来有五米高,我们还要假设几个数据,人的质量M(人)我们按照约70kg计算,三菱车改装后有多重不知道,车重同时与车内有多少油有关,我们姑且认定质量为一吨,即M(车)=1000kg。

 

我们按照能量守恒列算式:

G(车)=W(刹车的做功)+G1(人飞出)+G2(车形变)+G3(阻力)

上述算式由于刹车车没有动力车还要受到空气阻力,在车速高的时候是不可忽略的,因为时速120公里就是等于12级的大风;而车与人的撞击不是弹性碰撞,所以要有一个形变能量。

 

G(车)=1/2M(车)*V(车速)^2

W=M(车)gL(刹车距离)*摩擦系数

G1=1/2M(人)*V(人)^2

G2只有估算,看现场图片车辆的变形大致等于车速20-30公里的速度撞上墙的形变,这里的能量按照7米/秒的车速的能量进行估算

G3=F(阻力)*L

F(阻力)=风阻系数*M(车)*g

 

这里我们估算一下摩擦系数,在优质轮胎的情况下,摩擦系数是要有

,同时我们还要注意到的是该车使用了改装尾翼,增加了汽车的阻力,这样的设计就是按照空气动力学让汽车在运动的时候产生下压得力量,与飞机起飞的时候产生上升力量的原理是一样的。产生下压力量的目的就是增进摩擦力,也就是我们驾驶的时候的抓地力。车辆运行的时候需要的前进力量来自于车轮的摩擦力,所以设计优良的跑车在高速运行的时候由于空气的下压作用,在车轮上的压力可以是车自身重量的2-3倍。因此我们先按照系数为1来估算。

这里的重力加速度我们取10,因为其他估算不能太准确,就不用9.8了。从而我们得出刹车的做功数值:

W=1000*10*45=450000牛米,仅仅以这样的能量,我们就可以知道车辆需要的时速是30米/秒,即时速108公里。

如果按照时速84公里计算,可以倒推出来的摩擦系数仅为0.60。这个0.6的数据是一般通常情况下的摩擦系数,但是对于改装的赛车轮胎就过低了,同时这里还没有考虑其他的能量损失情况,所以报告的下限是过于理想状态了。

 

我们再计算一下车辆的形变能,按照时速7米/秒的速度撞墙估算

G2=0.5*1000*7*7=24500牛米

 

我们再估算一下G3,风阻系数按照一般的0.3计算,通过计算可以得到:

G3=0.3*10*1000*45=135000

但是风阻系数是与速度的平方成正比的,测定风阻系数一般是在高速,具体的速度多少记不起了,应当是时速120公里,欢迎高手指正。

而在刹车的过程中速度迅速下降,因此G3需要有很大的折扣才准确,但是这里跑车为了抓地力会增加尾翼提高风阻的,我们暂且也忽略,我们按照平方反比下降到零估算(这里就不列微积分详细计算了),应当是三分之一相对比较准确,所以我们把G3调整为45000牛米

 

最后我们来计算一下人从汽车撞击中获得的能量大约是多少。

我们把人飞行的速度分解成为垂直速度和水平速度,垂直速度的能量等于人飞到5米高的做功,水平的速度等于物体飞5米高的制空时间内运行了37.5米,从而这个问题是可以求解的。

G(人垂直)=M(人)*g*L”=70*10*5=3500

L“=1/2gt,因此计算出抛到5米和从5米处降落的时间均为1秒,t(制空)=2秒。因此得到V(人水平)=18.75米/秒,从而:

G(人水平)=1/2*M(人)*V(水平)^2=12304牛米

G1=G(人垂直)+G(人水平)=15800牛米

 

所以我们估算出来的汽车的能量为:

G=450000+15800+24500+45000=535300

 

1/2M(车)*V(车速)^2=G=535300,因此求解的速度为32.7米/秒,时速为118公里。

 

我们这里再一次通过另外的方法验算一下这样的速度是多少,我们考虑车辆在看见人5米左右进行刹车,再近似乎不大可能,人飞行了37.5米下落后再次与车辆碰撞,车辆总计刹车45米,那么再次碰撞到车辆停下后的刹车距离就只有2.5(45-5-37.5=2.5)米了,这样的刹车距离车速应当小于5米/秒,从上面计算的2秒的制空时间来说,我们就可以得出2秒的时间车辆需要开动37.5米,此时的车辆的平均速度应当是18.75米/秒,即从开始刹车的高速到速度不足5米/秒的低速,我们再假设速度是线性降低的,我们可以得到的是初始的高速度为32.5米/秒,因为实际的车的能量应当线性减低,会有偏差,但是在人飞的高度的误差以及还有撞人前的几米刹车减速的情况上来说,这偏差可以忽略,与我们前面计算的32.7米/秒也是基本吻合的,而且如果低于这样的速度,车就不会第二次撞到人,而是人先落地后车辆再从人身体上碾过了。

 

这里我们还要发现另外的一个问题,就是撞车的时候车辆出现了左右的侧滑,这样的刹车距离和再次撞上受害者的距离实际上就是应当以车轮划过的距离来计算而不是车辆前进的距离,尤其是专业车手练习过漂移的,完全可以通过左右的侧滑降低车辆的制动距离,在车辆左右剧烈晃动时,这样的刹车距离会极大地提高,这样的结果就是在我的上述两种运算的基础上,车辆的实际运行距离都要有较大的提高,因此在本次计算中还具备更加提高车速的可能,所以本人给出的估算应当是一个车速的下限。

 

在这里我们很多地方取了线性近似,实际更加复杂的运算应当是非线性的微积分,但是考虑这里的读者容易明白,同时微积分的准确在很多估算误差前没有意义,同时本人电脑现在也没有微积分符号的输入工具,所以相对的简单化了,但是欢迎有关高手补充。同时对于鉴定的专家是怎样进行计算的,我们也要进行分析。

 

因此通过物理计算,并且进行了合理的近似处理,尤其是通过两种不同方法的计算互相验证,说明这样的近似处理是得当的,所以我个人认为合理的时速在120公里左右,大家欢迎指正补充。

 

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