educazione stradale e fisica

educazione stradale e fisica

Per diventare cittadini consapevoli è importante anche l’educazione stradale. In tale percorso la fisica può essere molto utile per comprendere la dinamica degli incidenti stradali, potenzialmente mortali e comunque estremamente pericolosi per gli esseri umani.

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INCIDENTI STRADALI IN NUMERI

Nel 2022 in Italia - 165.889 gli incidenti stradali - 3.159 i morti in incidenti stradali - 223.475 i feriti in incidenti stradali Le principali cause - la guida distratta (32.701 incidenti: il 15,0% del totale) - il mancato rispetto di precedenza o semaforo (29.840 incidenti: 13,7%) - la velocità troppo elevata (20.316: 9,3%%) - il mancato rispetto della distanza di sicurezza (15.233 casi: 7,0%)

Motor Presentation

UN’AUTO CHE FRENA VISTA ATTRAVERSO LA FISICA

Un’auto si muove di moto rettilineo con una velocità iniziale v0. Quando il veicolo si trova nella posizione s0 il conducente si accorge di un ostacolo e frena. L’auto rallenta fino a fermarsi (quindi fino ad avere velocità v =0) nella posizione s, cioè ad una certa distanza dal punto in cui ha iniziato a frenare.

- l' intervallo di tempo tra l’istante in cui il guidatore percepisce l’ostacolo e quello in cui frena è detto tempo di reazione (in condizioni normali è di 1 secondo; - durante il tempo di reazione l'auto percorre lo spazio di reazione Δsr (la distanza che viene percorsa dal veicolo con velocità iniziale v0 nel tempo di reazione) - la distanza che l’auto percorre da quando il conducente frena a quando si arresta è detta spazio di frenata, cioè distanza che un veicolo percorre fra l’inizio della decelerazione e l’arresto indicato con Δsf. - i freni dell’automobile innescano la forza frenante data dalla forza di attrito dei pneumatici con l’asfalto e che si traduce in una forza diretta in senso inverso alla direzione di marcia, cioè in una accelerazione negativa (decelerazione calcolata approssimativamente con il valore di 9,8m/s2 uguale all’accelerazione di gravità terrestre) - ipotizzando che la variazione della velocità prodotta dai freni sia costante, il moto del veicolo è uniformemente accelerato.

FACCIAMO UN ESEMPIO: LO SPAZIO DI FRENATA Un’auto procede con una velocità di 20 m/s (pari a circa 70 km/h), quando un gregge di pecore occupa la strada. Il conducente dell’auto frena, determinando una decelerazione costante di 4 m s−2 (una frenata decisamente brusca). Quanto spazio percorre l’auto durante la frenata? Nel nostro caso non consideriamo il valore dell'attrito. Poniamo s0 e t0 pari a 0.

Ricordiamo che, nel moto uniformemente accelerato, se il corpo ha una velocità iniziale non nulla, valgono le seguenti formule: v=v0+at s= s0+ v0t+ 1/2at2 A noi serve una formula che metta in relazione spazio e velocità a prescindere dal tempo:

FACCIAMO UN ESEMPIO Un’auto procede con una velocità di 20 m/s (pari a circa 70 km/h), quando un gregge di pecore occupa la strada. Il conducente dell’auto frena, determinando una decelerazione costante di 4 m s−2 (una frenata decisamente brusca). Quanto spazio percorre l’auto durante la frenata? Nel nostro caso non consideriamo il valore dell'attrito. Poniamo s0 e t0 pari a 0.

Partiamo dalla relazione tempo-velocità v=v0+at. Poiché v=0 at+v0=0 Risolvendo l’equazione, t = -v0/a Sostituiamo t = -v0/a nella relazione tempo-spazio, ricordando sempre che t0 = 0 e che s0 = 0 s= v0t+ 1/2at2= = v0 (-v0/a) +1/2a (-v0/a)2= = av02 /2a2 – v02/a = = v02 / 2a – v02/ a = − v02/ 2a Δs = s = − v02/ 2a = − (20 m/s)2/ 2 (−4 m s−2) = 400 m2 s −2 / 8 m s−2 = 50 m

Naturalmente lo spazio di frenata viene influenzato anche da altri fattori. Tuttavia lo studio della fisica ci permette subito di capire che la velocità è un fattore importante perché lo spazio di frenata cresce con il quadrato della velocità, perciò, più veloce va la macchina e più distante arriverà dopo aver frenato. In particolare l'andamento è tale che: - se la velocità raddoppia lo spazio cresce di 4 volte - se la velocità triplica lo spazio aumenta di 9 volte - se la velocità quadruplica, lo spazio aumenta di 16 volte e così via Perciò se andate molto veloci dovete stare molto lontani dall’”ostacolo”.

LA DISTANZA DI SICUREZZA

è la distanza che un veicolo deve mantenere da quello che lo precede per potersi arrestare senza urtarlo. La distanza di sicurezza Δss è la somma dello spazio di reazione Δsr (la distanza che viene percorsa dal veicolo con velocità iniziale v0 nel tempo di reazione) e dello spazio di frenata Δsf (lo spazio che l’auto percorre dal momento in cui il guidatore frena e quando l’auto si ferma). Il mancato rispetto della distanza di sicurezza provoca il 7% degli incidenti stradali.

IL RUOLO DELL'ATTRITO

Il coefficiente di attrito varia

Tanti elementi influenzano lo spazio di frenata Δsf e per questo non è possibile calcolarlo con esattezza, ma solo averne un valore indicativo. Un fattore importante è l'aderenza tra pneumatico e asfalto (Δsf aumenta se l'aderenza è bassa, ad esempio, in presenza di neve, fango, olio, acqua). Quindi nel calcolo dello spazio di frenata va considerato anche l’attrito che si genera tra la strada e il pneumatico. Δsf=v²/ 2 a µ

0,8 (condizioni ottimali strada asciutta e fondo ruvido)

0,4 (asfalto bagnato)

0,05 (strada ghiacciata).

FACCIAMO UN ESEMPIO: il ruolo dell'attrito Determina lo spazio di frenata a 100 km/h.

Convertiamo 100 km/h in m/s dividendo per 3,6 e otteniamo 27,8 m/s Poi applichiamo la formula Δsf=v²/ 2 a µ in due diverse situazioni - a condizioni ottimali con µ= 0,8 Δsf= (27,8 m/s)2 /2 (9,8m/s2) 0,8= 49,3 m - su strada ghiacciata con µ=0,05 Δsf= (27,8 m/s)2 /2 (9,8m/s2) 0,05= 788,6 m