發生車禍時所受的衝擊力

當然，我們都不希望車禍的發生。以下是依據 簡單物理方法估算

當汽車發生車禍時，駕駛所遭遇的狀況。

以下讓我們考慮 若是一部汽車以時速 30 英哩 正面撞上堅固的水泥鋼筋牆壁時的情形。

為什麼選這樣的條件呢？ 因為那通常是汽車測試的標準狀況，
也只有收集到這樣的資料。（時速 30 英哩 = 30 mph = 13.4 m/s)

在這段期間內，汽車的平均加速度為 a = -13.1 g

( 13.1 g 是怎麼計算出來的呢？ 算一下吧！ g=9.8m/s² 為重力場強度

如果不清楚如何算，請參考 日常生活中的物理-- 拋球 與 運動）
也練習算一下：從車頭碰到牆壁到 車子停下來， 經過了多少時間？

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安全氣囊 安裝於駕駛盤上。駕駛盤與上半身距離取為 0.36m 駕駛盤 的安全裝置可使其以縮短 0.20m （增加與上半身距離） 安全氣囊通常會在汽車加速度 大於 -10g 時，於 0.04 s 瞬間內充氣完畢。 有如氣球一般，介於前胸及頭部與 駕駛盤間。 身體碰上安全氣囊時，安全氣囊會緩慢洩氣， 達到緩衝以減少所受衝擊的目的。 假設 安全氣囊 受人體撞擊 最後寬度 為 0.08m

這段期間內 人的上半身 （等速）往前移動了 0.53 m 且 車頭會凹進去 0.43m，

因此 上半身與方向盤距離剩下 0.36 - 0.10 = 0.26m

扣掉 安全氣囊最後寬度 0.08 m + 駕駛盤 縮短 0.20m + 車子停子前車頭仍會凹陷 0.27m

於是 上半身會在 0.26 - 0.08 + 0.20 + 0.27 = 0.65 m 內完全停住。

此時 （安全氣囊作用在） 上半身的 加速度為 -14.1g

若是上半身重量為 30 公斤， 平均相當於 423公斤重的 作用力（打在前胸，真可怕！）

從前胸碰到安全氣囊到完全停下，總共經過了 0.97 s。 （檢查一下我有沒有算錯吧！）

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(挑戰一下，想想為什麼吧！記得車子在動，上半身也在動喔！）

然後駕駛盤會凹陷 0.20 m， 這段期間力量還不大，最可怕的是

駕駛盤凹陷後，到汽車完全停下來期間上半身碰撞的作用力！

前胸碰到駕駛盤需時(t=0.075秒)，車子已經凹陷 0.65m，還剩 0.7-0.65=0.05m

加上 0.20 m 等於 前胸需在 0.25m 內完全停下。

此時 前胸加速度為 -36.6g (與 -14.1g—有安全氣囊— 相比是 2.6倍！）
對30 公斤的上半身，此作用力相當於 1.1 公噸重的力量

（衝擊力量真是不小，嗚呼哀哉！）

1. 安全氣囊 增長了多久的作用時間呢？

要藉由使用安全氣囊減少衝擊力，必需安全氣囊先爆開後，人再撞擊安全氣囊已減少衝擊力。

若是因為延遲啟動或其他因素，讓安全氣囊爆開時，直接撞擊到人的上半身，

由於爆開時間非常短暫，則撞擊到人體的衝擊力將更大。

而且人體又有向前的速度，反而造成人體更大傷害。

若人被安全帶拉住時，需施多大的力量才抱得住小孩呢？可能嗎？

小孩子請坐後座，小的請買 專用座椅 (Car Seat)，

大的也別忘了繫安全帶！千萬拜託！

我將本單元稍加修改（抱小孩以及沒有安全氣囊也未繫安全帶部份）作為

今(86)年高中物理奧林匹亞<---! /ipho/ipho/98IPhO初選試題/98IPhO初選試題.html>國家代表隊選拔初選試題之一。（10/18剛考完）

實際到考人數 3401人, 答對抱小孩所需力量人數 849人（25.0%)，

但是答對沒有安全氣囊也未繫安全帶部份的卻 只有 5 人！

我出這一題的目的 是希望學生能將所學的力學知識 應用於實際問題中，

同時也瞭解到 行車時該如何的保護自己。

為了避免 你撞擊安全氣囊前 讓安全氣曩 擴張時撞擊你
最好平常上半身和安全氣囊的裝置表持 25公分以上的距離.
也就是開車時 上半身不要和駕駛盤靠太近.才能發揮 安全氣曩的功能.
最後謹記:

 安全氣曩是要讓你去撞它的 而不是讓它在充氣階段先撞到你!

安全氣曩的化學反應
內部裝有sodium azide (NaN₃) + KNO₃ 和 SiO₂.

2 NaN₃ ---> 2Na + 3N₂ (藉由電擊產生反應)
10 Na + 2 KNO₃ ---> K₂0 + 5 Na₂O + N₂ (上一反應產生的Na起作用)
K₂O + Na₂O + SiO₂ ---> alkaline silicate (glass) 形成類似玻璃不會爆裂的產物

歡迎批評指教！電子郵件 ： 請按 hwang@phy03.phy.ntnu.edu.tw

作者：國立台灣師範大學 物理系 黃福坤