Trafik Kazaları ve Fizik

Bir araba aynı hızla karşıdan gelen arabayla mı çarpışırsa daha çok hasar alır yoksa aynı hızla duvara çarparsa mı? Ya da bir kamyonla bir araba çarpıştığında neden araba daha çok hasar alıyor? Eminim içinizde bu soruları merak edenler mutlaka vardır. Eğer bunların arkasında fiziği öğrenmek istiyorsanız bu yazı sizin için.

Önbilgiler

Yazıyı anlayabilmek için bazı fizik kavramlarını bilmeniz gerekiyor.

Momentum
Momentum “hareketin miktarı” demek. Momentum bir cismin kütlesiyle hızının çarpımıyla elde edilir ve “p” ile gösterilir.

p=m.v

Örneğin saniyde 5 metre hızla giden 100 kiloluk bir cismin momentumu: p=100*5=500kg-m/s olur

Momentumun Korunumu Kanunu
İki cisim çarpıştıktan sonraki toplam momentum, çarpışmadan önceki momentuma eşittir. Yani 1. cisimin kaybettiği momentumu, 2. cisim kazanır.

Örnek: Saniyede 15 metre hızla giden 6000 kilogramlık bir kamyonet aşırı hız ve dikkatsizlik sonucu direksiyon hakimiyetini kaybederek karşı yönden gelen Mahmut Uncuroğlu yönetimindeki 48 AU 309 plakalı mısır kamyonuyla çarpıştı : P Kamyonun ağırlığı 10.000 kilo ve hızı 10 m/s

Kamyonun momentumu:  10000*10=100.000
Arabanın momentumu   : 6000*-15=-90.000 (Karşı yönden geldiği için hızı – olarak alıyoruz)

Kaza öncesi toplam momentum 100.000-90.000=10.000

Kaza sonrasında momentum yine 10.000 olmak zorunda. Buna bakarak kaza sonrasında iki aracın hızını bulabiliriz. İki aracın kütlelerinin birleştiğini varsayıyoruz. Yani toplam kütle 10.000+6.000=16.000 kg oluyor. Ve momentum da 10.000

10.000=16.000*V >>> 10.000/16.000=0,625

Yani iki araç saniyede 0,625 metre hızla kamyonun gittiği yöne doğru ilerlemeye devam eder. Aynı momentumla.

Kinetik Enerji
Kinetik enerji herhangi bir cismin hareketiyle ortaya çıkan enerjidir.

e=0,5*m*v^2 şeklinde gösterilir. (m=kütle, v=hız)

Görüldüğü gibi hız 2 kat artınca, enerji 4 kat artar. Saniye 10 metre hızla giden 100 kilo ağırlığındaki cismin kinetik enerjisi 0,5*100*(10*10)=5000 joule olur.

Kuvvet
Kuvvet, bir cismin ivmelenmesine sebep olan, duran cismi hareket ettiren ya da hareket eden cismi durduran veya yavaşlatan etkidir.

f=m*a şeklinde ifade edilir. M=kütle a=ivme

Kısaca ivme ne kadar yüksekse kuvvet o kadar fazladır.

Bütün bunlardan sonra şu ana kadar aklınıza takılmış iki soruyu cevaplamak istiyorum.

1000 kilo ağırlığındaki araba 10 metre saniye hızla karşıdan gelen yine 1000 kg ağırlığındaki ve 10 metre saniye hızındaki arabayla çarpışırsa mı daha çok hasar görür, yoksa 10 metre saniye hızla duvara çarparsa mı?

Bu sorunun cevabı yanıltıcı gelebilir. 10 metre hızla giden iki arabanın çarpışması 20 metre hızla duvara çarpmaya denk zannedebilirsiniz. Ama gerçek böyle değil. İki araba tam çarpışmak üzereyken belli bir kinetik enerjiye sahiptir.

e=0,5*1000*10^2=50.000
Ama bu bir tek arabanın enerjisi, 2 arabanın toplam enerjisi 100.000 joule
İki araba kaza sonunda tamamen duruyor. Böylece kinetik enerji 0 oluyor. Ama enerji asla yok olmaz. Sadece başka tür bir enerjiye dönüşebilir. Bu durumda kinetik enerji ses, ısı ve mekanik enerjiye dönüşüyor. Ve her araba da enerjinin yarısını absorbe ediyor. Yani 50.000 Joule. Bildiğiniz gibi modern arabaların burnu kaza sırasında deforme olup, içine göçecek şekilde tasarlanır. Yolcu kompartımanı ise daha sert malzemelerle korunur. Araba içine göçmek ve deforme olmak yoluyla enerjiyi absorbe eder.

Arabanın bu sefer duvara çarptığını farz edelim. Duvarın kinetik enerjisi 0. Arabanın enerjisi yine 50.000. Duvarın çok büyük ve sağlam olduğunu; aynı zamanda kaza sırasında hiçbir şekilde deforme olmadığını ve tüm enerjiyi arabanın absorbe ettiğini var sayarsak, araba az önceki kaza gibi yine 50.000 joule enerji absorbe eder; fakat eğer duvar zayıf yapıdaysa ve kaza sırasında kırılır, yamulur veya içine göçerse arabanın absorbe ettiği enerji ve aldığı hasar azalır.

Kısaca, sonuçta, bir arabanın 10 metre hızla karşıdan gelen bir arabaya çarpması ve duran bir duvara çarpması eşit miktarda hasara sebep olur.

2) 10 metre hızındaki 10.000 kiloluk kamyon ve 20 metre hızındaki 2000 kiloluk araba çarpışıyor. Hangisi daha çok hasar görür ve neden?

Tabi ki bu soruya herkes araba daha çok hasar görür diyerek yanıt verecektir. Ama neden? Bunun arkasında şöyle bir fizik var:

Kazadan önceki momentumları hesaplayalım:

Kamyon: 10.000*10=100.000
Araba    : 2000*-20=-40.000
Momentum= 100.000-40.000=60.000

Kazadan sonra iki aracın kütlelerinin birleştiğini ve toplam 12.000 kg olduğunu varsayıyoruz. Momentumun Korunumu Kanunu gereği momentum aynı kalmalı. Yani 60.000. Şimdi araçların kazadan sonraki hızını bulalım.

60.000=12.000*v
v=60.000/12.000
v=5

Kısaca iki araç çarpıştıktan sonra 5 metre saniye hızla kamyonun gittiği yöne doğru yola doğru devam eder. Buna bakarak görürüz ki kamyon 10 metre hızdan 5 metreye, otomobilse 20 metre hızdan -5 metre hıza düşüyor. Yani kamyona göre çok daha fazla ivme yaşıyor. f=m*a yani kuvvet=kütle*ivme olduğuna göre ivme ne kadar yüksekse kuvvet ve ona bağlı olarak da hasar çok daha fazla olacaktır.