A física e a segurança no trânsito

A escala do velocímetro dos veículos serve para o controle de velocidade, a fim de evitar multas. Serve também para o cálculo de tempo de duração de uma viagem, baseado na velocidade média.

No entanto, a escala do velocímetro não dá uma boa noção do risco que representa cada velocidade imprimida no veículo.

De acordo com autoridades de trânsito, um atropelamento de uma pessoa por um veículo a 30 km/m, limita em 90% de probabilidade de sobrevida para o pedestre vitimado.

Outro ponto em questão diz respeito a "quantidade de velocidade": quanto maior a massa do veículo, maior o estrago que o mesmo pode provocar no caso de choque.

Como cada veículo tem suas particularidades, então como criar uma escala alternativa para melhorar a noção do risco envolvida na velocidade do veículo?

De acordo com a mecânica newtoniana, há uma correspondência direta entre energia cinética (velocidade) e energia potencial (altura).

Desta maneira é possível fazer uma comparação segura entre a velocidade de um veículo e o risco do mesmo na queda de uma grua:



O velocímetro modificado indica a velocidade e a altura equivalente.  
Para os mais afoitos, o velocímetro indica "a altura do voo"   !

Notem no velocímetro a velocidade de 80 km/h, tida como segura nas rodovias, o perigo que ela representa em caso de choque do veículo contra um barranco: uma queda de 25 metros ou de um prédio de 8 andares!

Imaginem o estrago do veículo, se o cabo do elevador se romper à altura de  47 metros   !

Um velocímetro diferente

(Diretamente do Baú do extinto blog do forumeiro...)

A escala de "quilômetros por hora" (km/h),  encontrada nos instrumentos dos painéis dos veículos, tem como principal utilidade  indicar ao motorista a velocidade instantânea em que se encontra o seu automóvel.

Nem todos tem a real consciência dos riscos das altas velocidades. Relatos das autoridades indicam que a maioria dos acidentes automobilísticos ocorrem em "retonas" ou durante a volta aos lares, após os "feriadões".

O velocímetro poderia ser  "mais informativo",  de modo a  permitir ao motorista uma idéia mais concreta dos riscos de cada velocidade imprimida ao veículo . Em busca de uma "leitura complementar",  encontramos uma tabela de distância de frenagem.

Espaço de frenagem - sem travamento das rodas (metros)


Variação da velocidade real (km/h)      Distância (m)
40 - 0                                                   7,6
120 - 0                                                 68,8

A primeira propriedade que "salta aos olhos" é que a distância de frenagem não é linear (proporcional) a velocidade, isto é,
enquanto a velocidade aumenta tres vezes:
120 km/h / 40km/h = 3x,
a distância de frenagem aumenta mais de nove vezes:
68,8 m / 7,6 m = 9,05x


Mais adiante vamos saber porquê.


É incrivel constatar nas estradas "veiculos colados" em alta velocidade.
Lição número um: mantenha distância do veículo que vai à frente...
Esta informação "complementar" poderia ser gravada nas escalas dos velocímetros, mas tem uma série de ressalvas.
A tecnologia do freio é de 1993, e é válida para um carro de passeio bem regulado, além dos testes terem sido feitos em condições "ideais".
As condições de atrito do piso variam muito: tipo de asfalto, estrada de terra, chuva, óleo na pista, pedregulhos, areia,  lama no acostamento...
Logo, mesmo para quem tem um sistema de anti-bloqueio de frenagem (ABS), essa escala teria pouco valor.

A segunda tentativa é de uma tabela baseada na "energia cinética", ou seja, a energia acumulada pelo veículo em função de seu movimento, apresentada na seguinte fórmula:

e = mv2 / 2
onde:
e = energia, dada em joules;
m = massa total do veículo, em kilogramas;
v2 = velocidade ao quadrado, dada em metros por segundo.

Nessa situação teríamos a seguinte tabela:

velocidade km/h            automóvel 800 kg        caminhão 40.000 kg

40                                 49.382 joules               2.469.135 joules

120                               444.444 joules             22.222.222 joules

Entendeu agora por que a relação de velocidade / distância de frenagem não é linear ?
Na composição da fórmula de energia, a velocidade é elevada ao quadrado (v2). Desta maneira quando a velocidade é triplicada a energia acumulada pelo veículo aumenta em nove vezes.
Mas, para onde vai essa energia quando o veículo é frenado?


Toda a energia cinética do veículo é transformada em calor nos freios, em questão de segundos.  Logo, não abuse dos freios para não correr o risco de "fritá-los". Nunca dispense o "freio-motor". Viage sempre com o motor engrenado.
Embora bastante interessante, essa tabela não seria "universal", pois varia com a massa de cada veículo.

Vamos tentar uma nova tabela, novamente buscando subsídios na Física.

e = mv2 / 2 (já explicada)
mas também,


e = mgh
onde:
e = energia, dada em joules;
m = massa, dada em kilogramas;
g = "força" da gravidade ( no planeta terra, a média é de 9,8 newtons / kg );
h = ganho de altura, dado em metros.

A idéia é saber quantos metros altura pode subir um veículo numa certa velocidade.

Digamos que o veículo esteja iniciando a subida de uma ladeira. Quandos metros de altura poderá alcançar, caso desligue o motor e vá apenas pelo "embalo", ou seja, transforme toda a energia cinética em ganho de altura?


Os cálculos são teóricos. Mas se os pneus estiverem bem calibrados (duros como pau), as rodas alinhadas e o coeficiente de penetração aerodinâmica for próximo de zero, é possível que o resultado prático chegue bem próximo do teórico.
Não recomendamos tal experiência em vias públicas, pelo risco que ela representa...

velocidade                 carro de passeio          caminhão                       altura

40 km/h                    49.382 joules               2.469.135 joules            6,3 m

120 km/h                  444.444 joules             22.222.222 joules          57 m

Chegamos a uma tabela "universal" para o nosso velocímetro, independente do veiculo utilizado.


Ao observar a tabela acima, notamos que um veículo a 120 km/h tem energia acumulada suficiente para subir uma rampa de 57 metros de altura, independente de sua massa.


É como se os veículos fossem içados por um guincho, do solo ao terraço de um prédio de 17 andares.


Não é difícil de entender por que, em muitos acidentes, os veiculos "voam" (literalmente).


Muito cuidado ao pisar no acelerador...



Escrito por Jonas às 11h50
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Um velocímetro diferente - Tabelas complementares

(publicada aqui por falta de espaço a cada "janela do blog")

I - Espaço de Frenagem (sem travamento das rodas)

Variação da velocidade real (km/h)    Distância (m)

40 - 0                                              7,6

60 - 0                                              17,2

80 - 0                                              30,6

100 - 0                                            47,8

120 - 0                                            68,8



Esta tabela encontra-se no seguinte endereço:

http://www.monzaclube.com/repo/reportagens_MC_qr388.shtml



II - Ganho de altura em função da velocidade:



velocidade               carro de passeio               caminhão                    altura

20 km/h                  12.345 joules                    617.283 joules            1,6 m

40 km/h                  49.382 joules                    2.469.135 joules         6,3 m

80 km/h                  197.530 joules                  9.876.543 joules         25 m

120 km/h                444.444 joules                  22.222.222 joules       57 m

A título de curiosidade, a 120 km/h um caminhão acumula a energia necessária para manter uma lâmpada de 60 watts acesa durante 102 horas, ou um banho de chuveiro de mais de uma hora na posição "inverno". Imagine o que isso significa em aumento de temperatura nas lonas dos freios...

Abaixo, um vídeo de teste de frenagem de aviões



Durante a frenagem, toda a energia cinética do avião é transformada em calor !