Ogni anno in Italia si registrano più di 200 000 incidenti stradali, per un totale di oltre 300 000 feriti e più di 4500 vittime. Il 35% degli incidenti è causato da guida distratta, eccesso di velocità e mancato rispetto della distanza di sicurezza. Conoscere e applicare le leggi della cinematica riduce il rischio di provocare un incidente o di esserne coinvolto.
Tempo di reazione e distanze di sicurezza
Il tempo di reazione è l’intervallo di tempo che passa tra il momento in cui si percepisce un pericolo e il momento in cui si inizia ad agire per evitarlo. In condizioni normali il tempo di reazione è circa 1 s.
Da quando vede un ostacolo, il conducente di un veicolo impiega 1 s prima di iniziare a frenare e percorre uno spazio di reazione Δsr = v (1 s) che dipende dalla velocità v a cui procede. Se l’ostacolo dista meno di Δsr metri dall’auto, l’automobilista non ha neppure il tempo per iniziare a frenare e urta contro l’ostacolo con la velocità v.
In altri termini:
tutto quello che accade a una distanza minore di Δsr dal veicolo che stai guidando non può essere evitato.
È come se il tuo veicolo fosse lungo Δsr metri in più e la sua lunghezza aumentasse con la velocità.
| v (km/h) | v (m/s) | Δsr (m) |
| 50 | 14 | 14 |
| 70 | 19 | 19 |
| 90 | 25 | 25 |
| 130 | 36 | 36 |
Spazio di frenata
Lo spazio di frenata è la distanza che un veicolo percorre fra l’inizio della decelerazione e l’arresto. Nell’ipotesi abbastanza realistica che la decelerazione prodotta dai freni sia costante, il moto del veicolo è uniformemente accelerato. La velocità iniziale v0, quella finale v = 0 m/s, l’accelerazione -a e lo spazio di frenata Δsf sono legati dalla relazione (9):
\[0 = v_{0}^{2} - 2a \Delta s_{f}\;\;\;\;\mathrm{e quindi}\;\;\;\;\Delta s_{f} = \frac{v_{0}^{2}}{2a}\]
Lo spazio di frenata dipende dalle condizioni del veicolo e dal fondo stradale, che determinano il valore della decelerazione -a. Ma il fatto importante è che
lo spazio di frenata cresce con il quadrato della velocità.
Per un’automobile in buone condizioni, su una strada con aderenza media, gli spazi di frenata sono molto simili ai valori riportati in tabella:
|
Gli spazi di frenata aumentano in modo considerevole in caso di pioggia o di asfalto sdrucciolevole e quando gli pneumatici sono sgonfi o usurati.
La distanza di sicurezza
La distanza di sicurezza è la distanza che un veicolo deve mantenere da quello che lo precede per potersi arrestare senza urtarlo.
La distanza di sicurezza Δss è la somma dello spazio di reazione e dello spazio di frenata:
Δss = Δsr + Δsf
Per esempio, alla velocità di 90 km/h, si ha:
Il mancato rispetto della distanza di sicurezza provoca il 10% degli incidenti stradali: circa 20 000 incidenti all’anno.
Sistemi passivi di sicurezza
Un corpo che procede alla velocità iniziale v e si arresta in uno spazio Δsa subisce una decelerazione pari a:
In generale,
i sistemi di sicurezza passivi, come caschi, cinture e airbag, aumentano gli spazi di arresto di un corpo durante l'urto e quindi diminuiscono il rischio di danno biologico.
Consideriamo un’automobile che urta in un crash test contro un ostacolo rigido a 64 km/h (= 18 m/s).
| 1L’auto si deforma di circa 50 cm. Lo spazio di arresto è quindi 50 cm e l’accelerazione media è:
\[ {a}\, =\frac{{\mathrm{(}}{18}\:{\mathrm{m/s}}{\mathrm{)}}^{2}}{{2}\,{\mathrm{(}}{5}\cdot{\mathrm{10}}^{-{1}}\,{\mathrm{m}}{\mathrm{)}}}=\, {3,\!2}\cdot{10}^{2}\,{{{\mathrm{m}}\hspace{1pt}}{/}{\mathrm{s}}}^{2}={\,33}\,{g} \]
|
|
| 2Il passeggero senza la cintura di sicurezza continua a muoversi a 18 m/s fino a quando urta contro il parabrezza e si arresta con una deformazione di10 cm. Il suo corpo subisce una accelerazione media pari a:
\[ {{a}}\, =\frac{{\mathrm{(}}{18}\,{\mathrm{m}}{\mathrm{/}}{\mathrm{s}}{\mathrm{)}}^{2}}{{2}\,{\mathrm{(}}{1}\cdot{10}^{-{1}}\,{\mathrm{m}}{\mathrm{)}}}=\, {1,\!6}\cdot{10}^{3}\,{{{\mathrm{m}}\hspace{1pt}}{/}{\mathrm{s}}}^{2}=\, {160}\,{{g}} \]
|
Il corpo umano resiste ad accelerazioni intense (50 g) solo per brevissimi intervalli di tempo (qualche centesimo di secondo). Nell’urto il passeggero senza cintura di sicurezza riporta sicuramente lesioni gravissime.
Al contrario, se ha la cintura di sicurezza allacciata, il passeggero si muove in modo solidale all’auto e quindi si ferma con la stessa decelerazione, circa 30 g, che il suo corpo riesce a tollerare senza danni permanenti.
L’unico problema è rappresentato dalla testa, che non è trattenuta dalla cintura e continua a muoversi in avanti e poi verso il basso, fino a quando urta il volante o il cruscotto, contro cui si ferma con uno spazio di arresto piccolissimo.
Per impedire questo contatto traumatico le automobili sono dotate di airbag, cioè di palloni che si gonfiano entro pochi centesimi di secondo dall’urto. L’airbag garantisce alla testa uno spazio di arresto abbastanza grande e quindi riduce la sua decelerazione a valori che non causano danni permanenti.
Il casco per motocicletta funziona in modo analogo.
| 1Lo scafo esterno è di materiale rigido, che non si rompe in caso di urto violento e distribuisce gli effetti dell’urto su una superficie estesa. | 2Il rivestimento interno aumenta di circa 5 cm lo spazio di arresto e quindi diminuisce in modo significativo l’accelerazione che subisce il cranio durante l’impatto. |
In caso di urto senza casco contro l’asfalto a 27 km/h, la testa si ferma in meno di 1 cm. Quindi subisce una decelerazione
La probabilità di uscire indenni dall’incidente è praticamente nulla. Questa probabilità aumenta notevolmente se si indossa il casco, perché la decelerazione della testa scende a:
