Die wahnsinnige Physik von Airbags


ich kann mir vorstellen das Treffen: Ein Dutzend Ingenieure versammelt sich um einen Konferenztisch, um die Sicherheit von Autos zu diskutieren. Wie können wir Menschen bei einem Autounfall schützen? Wir haben Autos bereits Sicherheitsgurte und Knautschzonen hinzugefügt. Können wir noch etwas hinzufügen? Ein Teilnehmer hebt widerwillig die Hand mit einem Vorschlag: "Wie wäre es, wenn wir einen Sprengstoff in das Lenkrad geben?" Brillant. Genau das werden wir tun. Wir werden eine Bombe in das Auto legen und es wird Leben retten.

Sie hatten Recht. Airbags sind Sprengstoff und Airbags retten Leben – aber es ist immer noch eine verrückte Idee.

Die ursprüngliche Idee für den Airbag für Kraftfahrzeuge stammt aus den frühen 1950er Jahren. Es war nicht genau ein mit Explosivstoff betriebenes Gerät. Es handelte sich um ein komprimiertes Gas, das freigesetzt würde, um eine Art Blase zu füllen. Dieser Entwurf funktionierte nicht sehr gut – er war nicht schnell genug. Es stellt sich heraus, dass der einzige Weg, um einen Airbag schnell genug aufzublasen, um nützlich zu sein, mit einem Sprengstoff ist. OK, technisch ist es eine chemische Reaktion, die Gas produziert, um den Beutel zu füllen – aber das ist im Grunde eine Explosion.

Wie schnell muss der Airbag aufgeblasen werden? Lassen Sie uns eine grobe Schätzung vornehmen, um die minimale Inflationszeit zu erhalten.

Hier ist die Situation. Es ist ein schöner Tag für ein Picknick. Lass uns auf ein Picknick gehen, sollen wir? Ich werde etwas Essen bringen und du kannst die Decke bringen. Hop in das Auto und ich werde fahren. Mitfahren und plötzlich – ein Reh auf der Straße! Effet! Absturz in einen Baum. Blam.

Das Auto fuhr nur 35 Meilen pro Stunde (15,6 Meter pro Sekunde) und wenn es in den Baum stürzt, stoppt es sofort (was nicht stimmt – aber nahe genug). Es gibt eine andere wichtige Sache zu schätzen, die Entfernung vom Fahrer zum Lenkrad. Ich werde großzügig sein und dies auf einen Wert von 0,5 Meter setzen; es ist wahrscheinlich niedriger als das.

Hier ist was passiert. Der Mensch ist mit 15,6 m / s in einem Auto unterwegs, das sofort angehalten hat. Der Airbag muss auslösen, bevor der Mensch mit dem gestoppten Lenkrad kollidiert. Jetzt für etwas Physik. Nehmen wir keine Kräfte auf den Menschen an (vergessen Sie den Sicherheitsgurt vorerst), wird der Mensch eine konstante Geschwindigkeit haben. Mit dieser konstanten Geschwindigkeit können wir die Zeit für den Aufprall berechnen, indem wir nur die Definition der durchschnittlichen Geschwindigkeit in einer Dimension verwenden:

Mit den Werten von 15,6 m / s für die Geschwindigkeit und einer Entfernung von 0,5 Metern ergibt sich eine Kollisionszeit von 0,032 Sekunden. Das ist eine super kurze Zeit – wie ein Wimpernschlag. OK, eigentlich ist es weniger als das "Blinzeln eines Auges", das ungefähr 0,1 Sekunden dauert. Aber warte! Es ist noch schlimmer. Diese berechnete Zeit ist wie lange es dauern würde, bis der Mensch das Lenkrad trifft. Aber die Idee ist, dass der Mensch stattdessen einen Airbag anschlägt. Das bedeutet, dass sich in dieser Zeit nicht nur der Airbag aufblasen muss, sondern auch die Wegstrecke verkürzt wird. Nehmen wir an, der Abstand wird halbiert, wodurch die Aufblaszeit auf etwa 0,016 Sekunden halbiert wird.

Versuche, einen Ballon in weniger als einer Zehntelsekunde zu sprengen. Es ist ziemlich unmöglich. Versuchen Sie nun, das gleiche für eine größere Tasche in noch kürzerer Zeit zu tun. Das kann man nicht mit Luft machen. Die einzige Antwort ist eine Explosion, die ein Gas erzeugt, um den Airbag zu füllen.

Es ist noch verrückter als du denkst. Stellen wir uns vor, was für diese Kollision (die nur bei 35 Meilen pro Stunde liegt) passieren muss.

  • Das Auto trifft den Baum.
  • Etwas im Auto muss eine Kollision erkennen. Es muss einen Beschleunigungsmesser geben, der sagt: "Oh hey – ich glaube, wir stürzen zusammen."
  • Dieser Sensor sendet dann ein Signal an den Airbag. Der Airbag zündet dann das "explosive" Innere.
  • Die Explosion dehnt sich aus und bläst die Tasche auf.

All das muss geschehen, bevor der Mensch die Tüte trifft. Verrückt. OK, es ist wahr, der Sicherheitsgurt verlangsamt auch den Menschen während der Kollision. Dies gibt dem Airbag ein wenig mehr Zeit zum Entfalten. Deshalb sollten Sie Ihren Sicherheitsgurt anlegen – auch wenn Ihr Auto einen Airbag hat. Oder besser noch, halten Sie Ausschau nach Hirschen auf der Straße und fahren Sie vorsichtig.


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