问题

马自达被时速超过 200 千米的宝马撞击后散了,和质量有关系吗?

回答
您好!您提出的关于马自达被时速超过200公里的宝马撞击后“散了”以及这是否与质量有关的问题,这是一个非常好的、涉及碰撞力学和材料科学的复杂问题。我会尽量详细地解释其中的原理。

首先,我们需要明确一点:汽车在发生严重碰撞时,“散了”这个描述虽然形象,但并非字面意义上的“散开成零件”。更准确地说,是车身结构发生了严重的变形、撕裂、破碎,以至于无法保持其原有的完整性。而这与质量、速度、撞击角度、车辆结构设计、材料强度等多种因素都密切相关。

我们来逐一分析:

1. 速度和能量(这是最关键的因素之一):

动能与速度的平方成正比: 车辆的动能(Kinetic Energy)是导致碰撞破坏力的根本来源。动能的计算公式是 $KE = frac{1}{2}mv^2$,其中 $m$ 是质量,$v$ 是速度。
高速的毁灭性: 您提到“时速超过200公里/小时”,这是一个非常高的速度。速度的平方是关键。如果一辆车的速度是100公里/小时,而另一辆是200公里/小时,那么200公里/小时的这辆车拥有的动能是100公里/小时车辆的 四倍(因为 $200^2 = 40000$,而 $100^2 = 10000$)。
动能的传递与吸收: 在碰撞发生时,巨大的动能会在极短的时间内传递。车辆必须通过自身结构的变形来吸收和分散这些能量。如果动能过大,超过了车身结构的设计承载能力,就会发生严重的破坏。

2. 质量(也至关重要,但不是唯一决定因素):

质量与动能的直接关系: 从动能公式 $KE = frac{1}{2}mv^2$ 可以看出,在速度相同的情况下,质量越大,动能越大。
碰撞时的惯性与反作用力: 在碰撞中,惯性扮演着重要角色。质量越大的车辆,其惯性越大,也就越难以改变运动状态。这意味着当较轻的车辆撞击较重的车辆时,较重的车辆在碰撞中受到的冲击相对较小(尽管它依然会发生变形),而较轻的车辆可能会被“推”得更远,或者承受更大的变形量。
质量差异的影响: 在您描述的例子中,如果宝马的质量明显大于马自达,那么宝马将拥有更大的动能。在碰撞过程中,宝马会将大部分能量传递给马自达。反过来,如果马自达质量远小于宝马,那么即使宝马的速度不是绝对压倒性,马自达也会承受不成比例的巨大冲击。
并非简单的“质量大就不散”: 虽然质量大意味着更大的动能,但它也可能意味着车辆结构更坚固,或者有更多吸收能量的区域(比如更大的车身、更多的吸能盒)。所以,仅仅说“质量大”不足以保证车辆在碰撞中完全不散架。

3. 车辆结构和安全设计:

车身结构是关键的“能量吸收器”: 现代汽车的设计非常注重碰撞安全。它们通常采用“笼式车身”设计,周围有加强的A柱、B柱、C柱以及横梁,形成一个坚固的乘客保护区。
吸能区(Crumple Zones): 在车身的前后部,通常设计有精心计算的吸能区。这些区域在碰撞时会发生有控制的变形,通过材料的塑性变形来吸收大量的碰撞能量,从而保护车内乘员。
高强度钢材和铝材: 车辆会使用不同强度等级的钢材和铝材。例如,乘客舱的承载结构会使用高强度钢,而吸能区的材料可能会选择屈服强度较低但延展性好的材料,以便发生形变吸收能量。
撞击点和结构完整性: 碰撞是如何发生的至关重要。是正面碰撞?侧面碰撞?还是偏置碰撞(最危险的一种)?碰撞发生在车身的哪个部位?例如,侧面碰撞通常对车辆侧面结构的完整性是最大的考验,因为侧面不像正面和后面那样有足够的吸能区域。

4. 材料强度和韧性:

材料的屈服强度和抗拉强度: 材料的强度决定了它在变形或断裂前能承受多大的应力。
材料的韧性: 韧性是指材料在断裂前吸收能量的能力。非常坚硬但脆性高的材料,在碰撞中容易发生脆性断裂,而不是延性变形吸收能量。
不同材料的组合: 现代汽车会根据不同部位的力学需求,采用各种材料的组合。例如,一些高性能车辆可能会使用更多的铝合金或碳纤维增强复合材料,这些材料在保证强度的同时,可以实现轻量化,但其在碰撞中的能量吸收特性与传统钢材有所不同。

5. 撞击角度和受力方向:

力的分解: 撞击并不是一个简单的垂直力。它包含复杂的力学作用,包括压缩、剪切、弯曲等。撞击角度会影响力的传递路径和车辆结构的受力方式。
偏置碰撞的危险性: 如果宝马是迎头撞击马自达的前部,马自达的前部吸能结构可能会启动,吸收一部分能量。但如果是偏置碰撞,撞击到车身的一侧(例如车轮附近或者车门),那里的吸能结构可能不如正面那么完善,更容易导致车身框架的严重变形和“散架”。

总结一下,马自达在被时速超过200公里的宝马撞击后“散了”,这与以下因素都有关系,并且是综合作用的结果:

速度带来的巨大动能是主要原因: 200公里/小时的速度意味着极其庞大的动能,这是车辆结构难以完全承受的。
质量差异放大了能量传递: 如果宝马质量远大于马自达,那么马自达将承受更多来自于宝马的动能。
碰撞结构和设计: 马自达的车身结构在设计时,可能并没有为应对如此极端的能量(尤其是来自一个质量大且速度极快的物体)而达到某个临界点。某些部位的吸能结构被瞬间击穿或失效,导致力量传递到乘客舱或其他关键承载结构,引发了连锁的破坏。
材料的局限性: 即使是现代汽车,其材料和结构设计也有其承受的极限。当碰撞能量超过这个极限时,材料会发生断裂、撕裂,导致车身解体。
撞击的具体情况: 撞击角度、撞击的精确位置等都会影响破坏的程度。

用一个类比来理解:

想象你用一把钝刀去切一个非常坚硬的木头,你只需要稍微用点力就能切动。但如果你用一把非常锋利的刀(高速撞击)去砍一块非常坚固的钢板(车辆结构),即使刀非常锋利,力度非常大,也可能导致刀刃断裂(车身结构破坏),而不是钢板被整齐地切开。在极端的例子中,可能是钢板被砍得粉碎(车身结构破碎)。

所以,质量是动能和惯性的重要组成部分,直接影响了碰撞的总能量和冲击力的大小。在如此极高的速度下,质量的影响会被极大地放大。但同时,车辆自身的结构强度、吸能设计、材料性能以及碰撞的具体情况,共同决定了车辆在面对巨大能量冲击时会如何反应。 您的例子描述的是一种极端的、超越车辆设计极限的碰撞场景。

网友意见

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南京一宝马疑毒驾闯红灯致2死—在线播放—优酷网,视频高清在线观看 http://v.youku.com/v_show/id_XMTI2NjczMTI2MA==.html

更新于2015年6月22日

针对某些人称:马自达2 A柱焊点脱落,以此证明是质量的问题,现更新如下:

事故中宝马7系现场图片,请仔细看箭头红圈处

和车身另外一面进行对比


针对某些人对吸能设计的误解,现解释吸能设计如下:

碰撞吸能设计的概念是梅塞德斯·奔驰在20世纪60年代首次提出来的。设计思路为在发生撞击时车身发生逐渐变形,以吸附事故中产生的绝大部分的撞击能量。

第一:碰撞发生的时候,撞击车和被撞击车承受的是相同的撞击力的,这个很好理解吧。作用力=反作用力,这个是高中物理基础知识,不会因为一辆车采用吸能设计,另一辆车没有采用吸能设计,承受的力就不一样。

第二:想象一下,或者可以自己做一个实验,质量相同的一个铁球和一个水袋,使用相同的力作用到上面,一定是铁球会飞的更远。原理很简单:力作用到水袋上的时候,水袋会产生形变,物体产生形变是需要消耗能量的,所以水袋就没有铁球飞的更远。(不考虑摩擦力、空气阻力什么的)

第三:假如撞击发生在车辆头部,力从车头传递到车尾。如果车头没有采用吸能设计,那么撞击力就会直接传递到驾驶舱,对驾乘人员造成伤害。有吸能区的存在,力在传递过程中就会因为车头溃缩部分的变形而消耗一定的能量,从而减少对驾乘人员的伤害。

第四:相信全刚性结构的同学们就醒醒吧,近些年来车辆设计中高强度钢材的应用是为了保证在撞击中驾驶舱不变形,以保护驾乘人员不在撞击中收到二次伤害。现代车辆设计的理念也是在撞击中保护驾乘人员(保护行人的理念也已经开始普及了),而不是保护车辆不受损坏。全刚性结构对于保护驾乘人员并没有任何卵用,还会增加车重、油耗,在某些情况下甚至会加重对驾乘人员的伤害......(这也是为什么开车时一定要系好安全带,再安全的车,就算是以200KM/小时的速度撞击可以做到车辆完全无损的车,你不系安全带,从车窗玻璃飞出了车外,或者一头撞在方向盘中控台上,那画面太美...)

第五:可以通过IIHS、E-NCAP、C-NCAP测试的车辆,不管是德国车、法国车、美国车、日本车,还是中国车,都会采用吸能设计!不采用吸能设计可以通过这些测试的,好吧,你可以开M1A2去试试......


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我只是来科普物理知识的。

第一:动能跟质量成正比,跟速度平方成正比,目前世界最严格的IIHS侧向碰撞标准是1.5吨质量的物体以50km/h撞击车身,事故中的7系是2吨/200km/h,动能是IIHS标准的21倍,是任何量产车辆都是无法承受的(M1A2倒是可以,关键是你得能买到并合法上路啊)

第二:动量守恒定律,碰撞瞬间加速度跟质量成反比。同样的力作用到不同质量的物体上的时候,质量越大受到的加速度越小,质量越小受到的加速度越大。宝马7系重量是1910KG,马自达2重量是1043KG,受到同样的力显然加速度是不一样的,而且差距很大。

第三:根据能量守恒,车辆碰撞后到静止的过程,其动能最后大部分转化为势能,说白了就是车体形变后的弹性势能,吸能越大则形变越大,势能储备越多。马自达2在撞击后以比宝马7系更高的加速度被撞出,然后又被公交车强行终止了势能释放,并且受到了二次撞击,大部分动能被车体吸收。反观宝马7系,在撞击后受到的加速度比马自达2小,而且撞击后并无阻挡,受力会大部分转化为势能并得到释放。

第四:根据事故的具体情况分析。车身侧面的缓冲区域显然是没有车身正面的缓冲区域长的,并且7W的马自达2和百万级别的宝马7系在车身用料材质上很显然是有非常大的区别的。

综上所述,和质量没有一毛钱的关系,和品牌也没有一毛钱关系,和那个国家产的车更没有一毛钱关系。

(物理渣,各位大神请轻喷)

另外奉上事故视频一份,反正我是看了十几遍,也没发现宝马的影子,不知道是因为速度太快,还是什么原因...

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