车祸时以140-180KM/h的速度飞出,撞在钢铁护栏上,人扛得住吗?

瞻云 2023-09-15 15:32:00

如题,而扛得住的标准就是不会发生死亡事故。

这个问题等同于:从万米高空坠落,砸在钢铁护栏上能不能被砸死。

题主您觉得呢?

140~180KM/h,换算一下就是39~50m/s。

易得:

万米高空跳下,横躺落地的终端速度也差不多在这个速度。

以下为计算过程(不感兴趣的可以略过):

至于撞击在钢铁护栏上的效果,我们可以把人体简化成弹性物质来探讨。

39~50m/s的速度,我们取平均值45m/s。

护栏分成两种情况。

第一种,人撞上去,几乎不会变形的护栏:

人撞上护栏,从运动变成静止的过程,人体通过压缩变形,吸收了绝大部分的动能。

我们假设变形量为L,平均作用力为F。

那么: 

对于一个横躺撞在护栏上的人来说,预估最大变形量约0.1m。

因此,我们可以求得撞击的最小平均作用力为:

也即,6万kg。

这个最小的平均作用力都是60吨。由于受力并不均匀,其实撞击时的尖峰力量是超过100吨的。

人体在撞击的一瞬间产生的加速度超过1000g(此处g为重力加速度)。

而人体能够承受的最高加速度记录为46g,在汽车撞击试验中,胸腔能承受的g更是仅仅只有10g左右。

不说撞击在护栏上,哪怕撞击在钢板上人也没救了。

我们先看看撞击在钢板上的效果。

人体撞击在钢板上,,撞击面积大约为0.1~0.5m^2

接触面产生的压强大约为2~10Mpa,而人体皮肤犹如一个密封材料把体内的软组织包裹,冲击的刹那,内部组织会朝着人体窍门,或者腹部柔软部位冲击,产生的局部压强,可增加数倍,在局部达到几十MPa。

而人体皮肤不同部位能承受的强度大约在2~16Mpa,只需要几百Kpa,人体软组织就足以受伤。

绝大多数的骨骼强度在70Mpa以内。

只有股骨、胫骨、肱骨、桡骨等骨骼的强度,能够超过100Mpa。

也就是说,哪怕撞击在钢板上,也会造成局部皮肤撕裂,内部软组织外流。

同时造成局部骨折,甚至粉碎性骨折。

例如,像头颅这样的结构,由于是圆形,撞击在钢板上的瞬间,接触面积小,瞬间压强可以轻松超过头颅强度。

接下来计算撞击在结实护栏上的情况。

从上图的护栏可以看出,如果人体躯干撞击在护栏上,最多撞上5根护栏,宽度4cm,撞击平均长度30cm,那么总面积为:

5×0.04×0.3=0.06m^2

可得最小压强达到10~20Mpa。

这个压强达到了割裂皮肤和软组织的效果,会比撞击在钢板上惨烈得多。

如果受力足够均匀,可能还能留个全尸。但如果受力不均匀,例如主要的力量撞击在其中一条护栏上,那么这条护栏上的最小压强将超过100Mpa。如果撞击部位足够的特殊,将达到切断人体的效果。

除了横撞在护栏上,其实还有一种情况,那就是竖撞在护栏上。

头先撞击的情况,就完全不讨论了。

只探讨腿部接触的情况。

我们假设撞击的瞬间,进行了很完美的50cm的缓冲,那么平均冲击力就可以降低到12吨左右。

不过这个冲击却主要是腿骨承受。

人体两条胫骨的总横截面积约为0.0006m^2。

对胫骨造成的瞬间冲击压强最小为200Mpa,已经远远超过胫骨的强度。而且在如此快速的情况下,人体不可能进行完美缓冲,在力量不均的情况下,峰值压强足以达到数百Mpa。

胫骨足以骨折成花了,朝着人体躯干刺入50cm,既有可能因为多脏器被尖锐骨骼穿刺身亡。

也就是说撞击在第一种护栏上,生还的可能性极低,除非有奇迹发生。

第二种护栏:

这种护栏可以认为,人撞击在护栏的一瞬间,一部分能量被护栏吸收,一部分能量被肉身吸收,依旧保留一部分动能,最后再落地第二次受伤。

我们假设撞击的瞬间,产生的重力加速度为10g,那么人体撞击在护栏的瞬间不会受重伤。

这样撞击的总作用力大约600kg,也即6000N。

考虑到人体和护栏变形,这个力量持续的距离约为0.3m。

那么,人体对护栏做功为1800 J 。

这个功,仅仅只有人体动能60750 J 的3%。

人体撞击在护栏上,动能损失不可能仅仅只有这么点。除非是撞击在麻杆做的护栏上。

从这个数据结果对比,可以发现,人体撞击在护栏上不受严重伤害的可能性,几乎没有。

容易计算,即便人体撞击护栏时,人体对护栏做功仅仅只有动能的20%,撞击产生的力也将达到40000N,也即4吨左右。

撞击的瞬间,相当于产生60g的加速度,超过人体极限。

即便侥幸不死,考虑到人体形变可能吸收了10%的动能,依旧还有70%的动能,让人体以37.6m/s速度飞出去。

如此快的速度,撞击在其它坚硬的物体上,生还可能性,同样微乎其微。

但总的来说,相对于第一种护栏,生还的可能性,会大那么的一丢丢。

以上的计算结果,也值得让人警醒。超高速情况下发生车祸,人体就和万米高空坠落的效果差不多,生还可能性极低。车足够结实,系好安全带,等同于车的外部结构不断缓冲吸收动能,这样才能有更大可能性保住性命。

其实这种速度,人体要完全不怎么受伤的话,撞在一张网上,都要足足缓冲10米的距离。

你用钢铁护栏,只让人体用肉身来缓冲,那不就只有摆烂了嘛。

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瞻云

简介:科普作家,生物学、物理学领域创作者