Устанавливаем скорости автомобилей в ДТП по их вращению

Знаю, что мои статьи читают и обсуждают автоэксперты и аварийные комиссары. Нельзя не сделать Вам, коллеги, подарок на Новый год. А какой подарок может подарить учёный? Конечно, статью. Чтобы легко читалась, была понятной и полезной как экспертам, так и адвокатам, которые должны знать возможности классической механики для случаев, когда методики «основоположников» дают НПВ (не представляется возможным). Но на то они и «основоположники», раз у них в основном на всё давно положено…

Задача. Имеем перекрёстное столкновение двух автомобилей, в результате которого они оба во время неуправляемого движения в конечное положение разворачиваются на некоторый угол. Как обычно, следов движения автомобилей на месте ДТП сотрудниками ГИБДД не зафиксировано, а может их и не осталось, а есть только место столкновения. Угол между продольными осями автомобилей известен и составляет, например, около половины прямого угла или 45 градусов. Требуется установить скорости автомобилей в момент столкновения в этом ДТП.


Для полноты картины на следующем рисунке показана схема ДТП, где слева – момент столкновения, а справа – конечное положение наших участников ДТП. Размерные линии на рисунках связывают центры тяжестей наших автомобилей в момент столкновения и в конечном положении.

Метод расчета – применяем закон сохранения количества движения (импульса)

В самом деле, для этой задачи можно установить остаточные, после удара, скорости движения автомобилей синего u1 и зелёного u2. Кажется, что раз столкновение всё-таки встречное, надо установить энергетически эквивалентные скорости для каждого автомобиля EES, или, что одно и то же, затраты энергии на деформацию их конструкций. Потом установить величину изменения скорости каждого автомобиля в результате удара dv1 и dv2 и добавить эти величины к их остаточным скоростям u1 и u2. Но здесь можно обойтись и без этого, и достаточно точно всё сделать примитивными ручными расчётами.

Вспомним Ньютона, а именно то, что действие равно противодействию. Во время удара в каждый момент времени на заднее правое колесо первого (синего) автомобиля действовала такая же по величине сила, как на переднюю справа часть второго (зелёного). Только направление этих сил было противоположным. Или, с учётом, что сила, умноженная на время её действия, называется импульсом, импульсы сил были равны по величине и противоположны по направлению.

А за счёт чего развернулись автомобили в нашем ДТП? Конечно, за счёт того, что импульсы силы взаимодействия создали вращающие моменты относительно центров тяжестей этих автомобилей, или моменты импульсов.

Зная углы разворота автомобилей можно вычислить отношение плечей моментов импульсов, откуда с помощью геометрического построения установить направление импульса силы удара, а, значит, и установить величины изменения скоростей автомобилей в результате удара.

Не понятно? Сейчас всё поймёте. Вперёд!

Решаем задачу

1. Определяем остаточные скорости автомобилей

Перемещение центра тяжести автомобилей, согласно теореме Пифагора, составляет
Коэффициент сцепления шин с дорогой для бокового скольжения составит 0.56, из чего, умножив его на ускорение силы тяжести 9.8 м/с2, получим, что j=5.5 м/с2.  Тогда остаточные скорости после удара у наших автомобилей будут

2. Определяем время движения автомобилей после удара

В нашем ДТП после столкновения автомобили не только перемещались, но и одновременно вращались. Нам понадобится знать время движения. Получаем, что

или второй автомобиль остановился почти на секунду раньше.


3. Определяем скорости вращения автомобилей в результате удара

В нашем примере первый автомобиль в результате удара развернулся на угол а1=146 градусов или 2.55 радиан, второй – на угол а2=95 градусов или 1.66 радиан.

Тогда начальные скорости вращения автомобилей после удара были


4. Определяем массы и моменты инерции автомобилей

Снаряжённая масса первого автомобиля и его водителя составляет m1=1960+70=2030 кг, второго – m2=985+70=1055 кг. Габариты первого автомобиля (длина и ширина) а1=5.35м и b1=1.7м, второго –
а2=4.33м и b2=1.62м.

Тогда моменты инерции автомобилей составляют соответственно

5. Вычисляем плечи момента импульса силы удара и определяем направление линии силы (вектора импульса)

Момент импульса – это плечо линии силы относительно центра тяжести, умноженное на произведение момента инерции на начальную скорость вращения. Но здесь надо вычислить отношение плечей
Поскольку мы знаем локализацию мест удара на автомобилях, графически легко найти линию, расстояние от которой до центра тяжести второго автомобиля в 2.2 раза больше расстояния до  центра тяжести первого автомобиля. Смотрим, что получилось.


Видно, что импульс силы удара фактически действовал вдоль правого борта первого автомобиля.


6. Вычисляем величину импульса, величины изменения скоростей и величины скоростей в момент столкновения

Итак, мы уже близко к занавесу. Поскольку из рисунка выше видно, что величина плеча импульса для первого автомобиля составляет h1=0.8 м, величина импульса силы удара составляет
Тогда скорость первого автомобиля уменьшилась в результате удара на

А двигался первый автомобиль в момент столкновения со скоростью u1+dv1=38.3+31.1=69.4 км/ч.

Второй автомобиль в момент столкновения двигался под углом к линии силы, отсюда его скорость уменьшилась в результате удара на


Скорость второго автомобиля в момент столкновения была u2+dv2=19.3+42.3=61.6 км/ч.

Обсуждаем результат

Итак, без следов торможения и прочностных расчётов установлены скорости обоих автомобилей. Хотя рассмотренный случай и частный, но он повторяется достаточно часто на улицах наших городов и весей.

Откуда я взял все эти формулы? А из учебника по теоретической механики для ВУЗов. Можете посмотреть любой, в том числе и древний, из докомпьютерной эпохи. На всех них, как правило, гриф «Допущен министерством …», но грифа «Утвержден Минюстом …» не найдёте. Не созрели ещё наши госэксперты до расчётов вращательного движения, нет в их методиках таких слов, как «угловая скорость», «угловое ускорение (замедление)», «момент инерции». Как мы недавно узнали из их секретного журнала, многое чего не нашло своего применения, и пока ищет, ищет, ищет … Не будем к ним слишком строги – им ведь только недавно самим разрешили анализировать диаграммы из тахографов грузовиков.

Тем не менее, приём, который я показал, достаточно легко проходит в наших судах, так как против учебника по теоретической механике госавтоэксперту в суде (который практически всегда отгадайте на чьей стороне) и возразить вроде нечего, кроме «не утверждено МЮ». А что тут неправильного, в учебнике-то?

Польза от этой публикации для экспертов несомненна. А адвокаты намотают на ус, что есть случаи, когда можно установить скорости автомобилей достаточно просто, а лучше – сразу несколькими методами, для надёжности.

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показанОбязательные для заполнения поля помечены *

*

WpCoderX