Chuyện xe khách sai hay xe cứu hỏa sai vẫn đang là chủ đề tranh luận của cộng đồng mạng suốt mấy ngày qua và chưa "ngã ngũ". Nhưng có một điều chắc chắn: lực va chạm giữa 2 xe rất mạnh, đến nỗi cả 2 bị phá hủy nặng nề, cả đoạn phân cách cứng của đường cũng bị uốn cong, một chiến sĩ cảnh sát PCCC thiệt mạng...
Giải một bài toán vật lý thực tế là vô cùng phức tạp, nhưng chúng tôi cũng thử làm một phép tính với các điều kiện gần giống trong vụ việc này, qua đó cũng một lần nữa góp phần cảnh báo về hậu quả khủng khiếp của những vụ tai nạn giao thông nghiêm trọng trên đường cao tốc.
Xe khách và xe cứu thương va chạm kinh hoàng. Nguồn: Youtube/Kha Bùi
Để áp dụng các định luật động lực học để giải bài toán va chạm cũng không hề đơn giản, vì thời gian xảy ra va chạm thường rất ngắn (chỉ vào khoảng từ 10-2s đến 10-5s), chưa kể sự phức tạp của quá trình va chạm.
Trong vật lý, có hai loại va chạm phổ biến. Thứ nhất là va chạm đàn hồi, thời gian va chạm ngắn và xuất hiện đàn hồi, do đó vật va chạm sau đó lấy lại hình dạng ban đầu và tiếp tục chuyển động tách rời nhau.
Loại thứ hai là va chạm không đàn hồi hay còn gọi là va chạm mềm, vật sẽ bị biến dạng sau va chạm, hai vật sẽ tiếp tục chuyển động gắn chặt vào nhau với cùng vận tốc hoặc tách rời nhau với các vận tốc mới.
Trong cuộc sống thì các vụ va chạm có sự kết hợp giữa cả hai loại trên, nhưng có thể xem vụ va chạm giữa hai xe là một vụ va chạm không đàn hồi. Với các va chạm loại này động năng có được của các vật sẽ chuyển hóa thành nhiệt và công biến dạng.
Định luật 2 Newton phát biểu rằng: Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.
Định luật II Newton. Ảnh: Learnwithmac
Theo đó, lực tác dụng của một vật lên một vật khác sẽ bằng khối lượng của vật nhân với gia tốc của nó, ứng dụng nó vào một vụ tai nạn và nhớ rằng gia tốc của một vật sẽ bị thay đổi trong vụ tai nạn mà cụ thể hơn các vật thể hầu như sẽ giảm gia tốc.
Vậy nên để tính toán lực va chạm của một vụ tai nạn, chúng ta có thể đơn giản nhân khối lượng của vật va chạm với gia tốc sau khi giảm của nó. Ở đây, chúng ta sẽ lý tưởng hóa bài toán thực tế bằng cách:
- Xem như xe cứu hỏa đứng yên (vì khi đó chiếc xe này vừa rẽ vào đường cao tốc, chưa đạt tốc độ cao).
- Vụ va chạm là trực diện, xe khách chạy với tốc độ 80 km/h (tốc độ tối thiểu trên tuyến đường cao tốc này là 80 km/h tức 22,2 m/s) và khối lượng xe khách là khoảng 16.500 kg (đây là khối lượng của một chiếc xe khách Daewoo 50 chỗ ngồi).
- Để tính được sự thay đổi của gia tốc, chúng ta cần tính được thời gian va chạm (do quá nhanh và ngắn nên ở đây chúng ta sẽ lấy thời gian va chạm vào khoảng 0,05 giây, sau va chạm xem như xe khách đứng yên và có gia tốc là 0.
Khi đó, sự thay đổi gia tốc sẽ là: (0 m/s- 22,2 m/s)/0,05 s = - 444 m/s2
Lưu ý: Dấu âm cho thấy gia tốc của vật bị giảm đi sau va chạm.
Cuối cùng chỉ việc áp dụng định luật II Newton trong cơ học cổ điển: Lực va chạm = khối lượng x sự thay đổi gia tốc = 16.500 kg x 444 m/s2 = 7.326.000 Newton (N).
Lực va chạm này tương đương lực tác dụng của: 7.326.000 (N)/ (16.500 kg x 9,8 m/s2) = 45 chiếc xe khách Daewoo 50 chỗ ngồi tác dụng lên mặt đất (lưu ý: 9,8 m/s2 là gia tốc trọng trường).
Việc tính toán lực va chạm là rất cần thiết với những nhà sản xuất xe hơi. Nguồn: Youtube/Pumpkin Interactive
Bài viết tham khảo các nguồn: Sciencing, BBC, Wired