Tecnologia

La fisica degli incidenti d’auto

1 l di benzina contiene circa 56 milioni di joule  (J) di energia, molta più di quella che si ricaverebbe facendo detonare la stessa quantità di TNT (4000000 J) ed è sufficiente a far funzionare un tostapane per un giorno intero. Un’auto è in grado di bruciare la benzina per convertire l’energia chimica contenuta nelle molecole trasformandola in energia cinetica, ovvero movimento, anche se circa l’80% di questa energia viene persa sotto forma riscaldamento del motore. Il 20% di 56000000 J è 11000000 J, una quantità di energia ancora considerevole. Per rendere gli incidenti d’auto meno pericolosi, le auto devono poter assorbire l’energia cinetica delle auto prima che provochi dei danni ai passeggeri, in questo video di MinuteEarth potrete vedere come gli ingegneri tentino di risolvere questo problema.

Per fare degli esempi più concreti si può pensare che bastano 5 cucchiaini di benzina per accelerare un’auto dal peso totale di 2000 kg ad una velocità di 60 km/h ed un terzo di una tazzina di benzina per ogni minuto al quale si vuole mantenere questa velocità. Nonostante non sia necessaria molta benzina per accelerare un’auto a 60 km/h l’energia che possiede un veicolo a questa velocità è molta, ovvero 280000 J. Quest’energia è pari quella che avrebbero un elefante o uno stegosauro se fatti cadere da un palazzo di 10 m.

Per poter fermare un’auto a quella velocità, tutta quest’energia deve pur andare da qualche parte. Quando sono i freni a fermare l’auto, allora sono loro che dissipano l’energia surriscaldandosi. Nel caso di un incidente, l’energia viene dispersa con la piegatura e deformazione delle componenti dell’auto. Per lo stesso motivo per il quale una frenata ben regolata è più piacevole di una frenata brusca, le macchine sono ideate in modo tale che le loro parti esterne si deformino allungando il periodo dell’impatto, in modo che i passeggeri accusino accelerazioni meno intense. Accelerazioni molto brusche in un periodo di tempo molto limitato sono dannose per i nostri organi interni, in particolare il cervello.

La maggior parte delle auto, tuttavia possiede uno spazio frontale non più lungo di 50 cm, spazio entro il quale deve dissiparsi l’energia sopracitata. Questo significa che durante la frenata queste componenti devono poter applicare una forza di resistenza pari a 560000 N, pari ad un quarto della forza che sprigionano i motori principali di uno space shuttle. Più della metà di questa conversione di energia è svolta dalla deformazione di un paio di sbarre d’acciaio che collegano direttamente il paraurti frontale e la cabina dei passeggeri. La maggior parte, ed idealmente tutta la rimanente energia viene assorbita dalla deformazione di altre componenti strutturali presenti in fronte all’auto. Questa deformazione intelligente permette, durante un impatto frontale, di arrestarsi ad una accelerazione quasi costante e moderatamente alta, leggermente maggiore all’accelerazione alla quale si sottopongono i piloti di jet durante l’addestramento.

Per fare un paragone, se le macchine fossero estremamente rigide, come lo erano prima degli anni 50′, l’accelerazione che i passeggeri sperimenterebbero in un incidente frontale a 60 km/h sarebbe fino a 15 volte superiore quella dei simulatori di accelerazione dei piloti dei jet, con gravi conseguenze per gli organi interni. Gli ingegneri che progettano auto hanno fortunatamente imparato a costruire le zone frontali delle auto rendendoli capaci di deformarsi in modo appropriato. Automobili con strutture molto rigide non sono adatte a nessuno, ad eccezione forse dei robot.