Divulgación La importancia del cinturón de seguridad.

[JCB]

Atención: editado para corregir las imprecisiones y errores que contenía el mensaje original. Aunque se trate de unas estimaciones algo burdas o groseras, agradecería que si alguien detecta errores conceptuales, de coherencia o de cualquier otro tipo, informe de ello, para poder proceder a su corrección.

Hola a tod@s.

Abro este hilo en base a una pregunta que hizo Pola en otro hilo, sobre el uso del cinturón de seguridad. Para mí, el enfoque es el siguiente:

Supongamos un vehículo turismo de masa $m_v=1.200\ kg$ con un conductor de masa $m_c=75\ kg$, que se desplaza a una velocidad $v_0=50\ km/h$ y tiene un impacto frontal contra un objeto deformable, aunque inamovible. Añado enlaces de páginas de algunos organismos que realizan pruebas de choque en vehículos: https://www.euroncap.com/es, https://www.iihs.org/ratings/about-our-tests.

Toda la energía cinética del vehículo con el conductor ($123\ kJ$) debe transformarse en energía de deformación de la carrocería (hay unas zonas destinadas a ello, llamadas de deformación programada, así como una “jaula” de seguridad para los ocupantes, mucho más rígida) más la energía de deformación del obstáculo. Considero que, tras el impacto, el vehículo queda unido al obstáculo (deformable e inmóvil), y sin separarse de él (no hay rebote).

Supongamos también que la distancia de deformación, en total, es $d=60\ cm$. Y ahora voy a hacer un cálculo muy aproximado, pues lo más representativo de lo que ocurre en la realidad, se obtiene en las pruebas de laboratorio, que antes he mencionado, sobre vehículos reales.

Haciendo la consideración de que durante el proceso de deformación, la deceleración es constante (que ya es mucho suponer), el vehículo sufre una deceleración igual a

$a=\dfrac{v_0^2}{2d}=161\ m/s^2$. Como se observa, es una deceleración brutal, del orden de $16g$.

La fuerza (media) que experimenta el vehículo es $F=(m_v+m_c)a=204.958\ N$.

1) Caso 1, sin cinturón de seguridad. Después del choque, como el conductor no tiene sujeción alguna, este sigue hacia adelante con la misma velocidad inicial $v_0$ que el vehículo. Por el contrario, el vehículo comienza a sufrir la deceleración $a$. El primer contacto del conductor contra el volante / tablero, es por alcance. Considerando una distancia de separación $d_1=30\ cm$, el conductor choca contra el volante / tablero a una velocidad relativa a este, igual a $v=\sqrt{2ad_1}=9,8\ m/s=35,4\ km/h$. Nota: para $d_1=60\ cm$, resulta que el conductor golpea al volante / tablero cuando el vehículo ya está detenido, por lo que la velocidad de impacto sería de $50\ km/h$.

2) Caso 2, con cinturón de seguridad. El conductor va sujeto con la banda abdominal y la banda diagonal torácica del cinturón de seguridad. En este caso, y aunque el conductor experimente la misma deceleración que el vehículo, el cinturón contrarresta a la fuerza de inercia y retiene al conductor en su asiento, impidiendo el impacto contra el volante / tablero.

Otro cálculo, también aproximado, es hacer la estimación de la presión del cinturón de seguridad sobre el cuerpo del conductor. Si el área total de la superficie de la banda del cinturón de seguridad en contacto con el cuerpo del conductor es $S=0,1\ m^2$, la presión será igual a

$P=\dfrac{F_i}{S}=\dfrac{m_ca}{S}=120.563\ Pa=1,2\ kgf/cm^2$. La misma presión que experimenta una persona que se sumerge a una profundidad de algo más de $12\ m$ en el agua.

Nota: en España se implantó la obligatoriedad del cinturón de seguridad en los asientos delanteros de los turismos, desde el 01-01-1974 (para quien lo quiera consultar, BOE nº 214 de 07-09-1971), y con efecto retroactivo. Creo que a estas alturas, ya no nos debería quedar ninguna duda sobre el uso imprescindible de este dispositivo de seguridad tan vital.

Saludos cordiales,
JCB.

[Richard R Richard]

Supongamos también que la distancia de deformación, en total, es $d=60\ cm$. Y ahora voy a hacer un cálculo muy aproximado, pues lo más representativo de lo que ocurre en la realidad, se obtiene en las pruebas de laboratorio, que antes he mencionado, sobre vehículos reales.

En este cálculo estás suponiendo que el auto choca, se deforma y queda en el lugar. Incluso muchas veces choca se deforma, y sale despedido en dirección contraria, el cambio de velocidad es mayor, por lo que debes mirar como cambia el momento lineal. ya que si sale despedido casi con la misma velocidad que traía pero en sentido contrario, tienes poca variación de energía cinetica y no representa la realidad , que es un impacto más feroz por recibir un impulso mayor.

1) Caso 1, sin cinturón de seguridad. Como el conductor no tiene sujeción, se ve proyectado con una aceleración de $a=161\ m/s^2$ contra el volante y tablero. Las consecuencias, se pueden imaginar.

si tomas el sistema de referencia en el conductor que en realidad si choca contra un muro, él conserva su cantidad de movimiento hasta dar en el volante, son entonces el volante y el tablero los que aceleran relativamente hacia él El frente al estar a mayor distancia acelera más rápido, pero su deformación no alcanza al conductor, sino que progresivamente avanza por la carrocería.
cuando el cuerpo alcanza el volante este es muy probable que tenga velocidad de retroceso, por lo que el impacto con el volante sucede a mayor velocidad que la original del vehículo,
pero lo que mata ,no es solo eso sino que ahora la desaceleración de los órganos del cuerpo sucede en los pocos centímetros que ocupa el órgano dentro del cuerpo, así las G son incluso de hasta 10 veces superiores a las que has calculado.

2) Caso 2, con cinturón de seguridad El conductor va sujeto con la banda abdominal y la banda diagonal torácica del cinturón de seguridad. En este caso, y aunque el conductor experimente la misma deceleración, el cinturón contrarresta a la fuerza de inercia y retiene al conductor en su asiento, impidiendo el impacto contra el volante / tablero.

Al estar sujeto al bastidor en medio del vehículo, la amortiguación del impacto por la deformación de la carrocería entre el frente y el anclaje del cinturón, puede ser incluso superior a esos 60 cm
las G resultantes son más pequeñas que en el caso anterior.

Creo que a estas alturas, ya no nos debería quedar ninguna duda sobre el uso imprescindible de este dispositivo de seguridad tan vital.

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Luego de dar una "docena de veces la vuelta al mundo" detrás del volante se me ha hecho costumbre usarlo, pese a odiarlo a muerte al principio cuando era joven y creía que podía llevarme al mundo por delante... pero ahora es mas aveces lo extraño si no lo tengo puesto , entonces me lo pongo...solo hay que "usar la cabeza para pensar".
La reticencia venía por esa casualidad de impactar que haya fuego o agua en el interior del vehículo y estar inconciente en ese momento por algún golpe. la cantidad de casos no son pocos, pero son muchíiiiisimos más los casos en los que salva.

[JCB]

Hola a tod@s.

Gracias por tu mensaje, Richard. Después de leerlo, me ha ayudado a repensar algunas cosas:

- Quizás no me haya explicado lo suficiente. Efectivamente, he supuesto que tras el impacto frontal contra el objeto deformable e inmóvil, no había rebote del vehículo, sino que quedaba detenido.

- En el caso de circular sin cinturón, la deceleración a la que está sometido el conductor no la he calculado bien. De hecho no veo posible estimarla porque no sabemos en qué momento se despega del asiento ni tampoco en qué momento impacta contra el volante / tablero. No obstante soy de la opinión, que en este caso, la causa principal de los daños corporales son los golpes producidos contra el volante / tablero, y no la desaceleración.

- Ahora bien, en el caso de llevar abrochado el cinturón de seguridad, y considerando que provoca una sujeción total con el asiento, yo diría que sí que es correcta, aunque aproximada, la desaceleración que he obtenido.

Cuando tenga otro momento corregiré mi mensaje # 1.

Gracias y saludos cordiales,
JCB.

[Richard R Richard]

Hola JCB yo creo que tus estimaciones son correctas, de hecho la idea era reafirmarlas, no corregirlas de algún modo. solo hice énfasis en algunos detalles, que contribuyen en empeorar, las ya fatídicas previsiones.