高速上飞来的异物威力有多大?

@新民晚报新民网: 【为他点一盏蜡烛[蜡烛]】48这个岁的他,是个普通大巴司机,从无锡返回杭州,高速公路莫名飞来的异物,击中了他,忍着肝脏破裂、肋骨骨折的剧痛,他缓缓换挡、减速、停车、拉手刹、打双闪灯, 告诉大家安全下车。他倒下了,再没醒来。他叫吴斌。via:今日早报 http://t.cn/zOeIDmN http://t.cn/zOeqEcO

这位司机真的好伟大,这样的异物相当与什么威力呢?

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32个答案
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狐_狸杂七杂八,啥都不会。

2012-06-04 10:12

要想了解铁块的威力,就要知道铁块的质量和速度。

根据最新的新闻报道, 伤人铁片长约30厘米、宽15厘米,厚1厘米,是个不规则的环形碎片,重约2.5公斤。目前比较受到认同的说法是,铁块很可能是事发前一秒与客车相遇的卡车的刹车鼓碎片。刹车鼓一般安装在大型车辆后轮,固定在轮胎内,与轮胎同速转动(所以它和轮胎有相同的角速度)。下图是一个刹车鼓的外形:

据报道,伤人铁片正面光滑,背面有明显的刹车磨损痕迹。当刹车鼓磨损的很严重时,很容易产生碎片脱落飞出。下面的视频对本次事故中的刹车鼓和经过有详细介绍:
点击访问视频

前面说过,刹车鼓在轮胎内,所以它的线速度是小于轮胎也就是卡车本身的。如果能知道卡车的速度V(卡车),以及铁片飞出时和水平面的夹角θ,那我们就能算出铁块的速度了。

卡车的行驶速度很容易根据视频估算出来。客车的速度是已知的,为94km/h。只要读出客车和卡车两车相交的时间,查找出卡车的车长,就能算出卡车的速度:

对上面的电视台播放的视频文件进行分析,可以发现视频帧率为25帧/秒,其中两车相会经过10帧,即0.4s。与视频中的型号类似的卡车大约长20米,不妨就以20米来算(这里需要说明一下,卡车本身没有这么长,只有十多米,但是下图显示的很清楚,按帧来计,刚开始卡车和客车还并没有相交,而结束时卡车已经驶出画面,把这两段空间也考虑进来,估计为20米)。

这样的话,我们可以算出V(卡车) ≈ 85km/h。

设轴(就是鼓轮所在的地方)r的比值与卡车车轮外沿R的比值(r/R)为α。根据下图,α≈2/5。据此我们可以算出铁片飞出时的速度是 V(铁) = V(卡车) × α= 34km/s 。要注意这个速度只是相对于卡车的速度。

从视频中可以看到铁块在卡车之后飞过来,所以铁块相对于地面的速度就是:

(这里感谢@瀚海老大 @Maxwellsdemon 的帮助)

而铁块相对于地面飞出的竖直速度就是

铁片飞出时与水平面的夹角 θ 是多少呢?

我们根据视频可以注意到,当铁片飞向客车时,最后阶段几乎是出于水平飞行的。假设贴片砸到客车挡风玻璃时竖直速度为0 。根据


则有:

H是客车玻璃被砸中处的高度,约为2m,R是贴片飞出时的高度,以轮胎半径 R(约为0.4m),可以算出sin(θ)=0.593,于是可以算出cos(θ)=0.805 。

这时我们可以算出铁片相对于客车的水平速度:

约为 151 km/h ,也就是 42 m/s

(当然以能动来衡量铁块威力并不精确,因为这和受力面积等还有很大关系)

据悉客车的挡风玻璃符合国家标准,能保证2.26千克的铁球从4米高砸下,不破碎。可以看到挡风玻璃能起到的阻挡作用和铁片的威力相距甚远,完全不在一个量级上,并不能给司机带来有效地保护。

由此可见,当铁片砸到吴斌师傅身上时,就相当于一个数吨的物体,从一米高的地方落下来砸到了吴斌腹部(要注意的是受力面积还很小),在这样大的冲击,吴斌师傅还能忍痛完成一系列操作,确实是很伟大的。

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后续补充:
据新闻晨报的最新消息:肇事金属片已经确认为刹车轮毂,有可能是使用了劣质的产品,在长期疲劳使用后损坏导致的。此金属片重量达7.1斤(比之前新闻报道的2.5公斤还要重),并呈不规则形状。
现已锁定20辆嫌疑车。

根据Ft=mv,按上面视频中所述,假设铁块和吴斌司机的作用时间是0.005秒,可算出F=29400N(这个力大约能拉起3吨的重物!)并且受力面积只有腹部一小块,造成的伤害实在是致命的。
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感谢@瀚海老大 的帮助。在估算刹车鼓速度的时候,原先的计算方法没有考虑参照系,现在已经做出调整。

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Mo生物学专业

2012-06-05 17:09

几位死理性派对于铁片的威力已经分析地很到位了,我来把目前调查的一些信息整理一下吧。

当地警方通报,击中吴师傅的金属块重3.5公斤,经过相关人士研究后,证明这是车辆的制动榖残片。制动榖是什么?一般来说汽车的制动装置分为碟式和毂式,本次的残片就来自这样的毂式刹车。

上图中红色的部分就是刹车片,刹车的原理就相当于把两只手伸进旋转的洗衣机桶里,然后用力按住滚筒,这样滚筒就会停住了。在这里,滚筒就是图里的钢圈,手就是刹车片。

关于碎片为什么会掉下来,目前还没有详细的定论。不过下图里的3种情况,都可能导致刹车片出现损坏。同样,刹车片质量不过关、安装不完善,以及车辆长时间超载同样有可能导致刹车片损坏并且掉出来。

那么,为什么这碎片会飞起来,击中吴师傅的客车呢?目前的一个解释是,其中的一个碎片被对面车道的车辆压过,飞了起来,击中了吴师傅的客车,过程如下图。

目前警方正在对事发时段途径的车辆进行调查,希望能够尽快查明事故原因。

答案里的图来自:钱江晚报 制图师 林焱挺 @大排兔子

完整大图请点我

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补充一个来自@沐右 的讨论:

据新闻里面的判断,这个应该是刹车鼓碎片
大小为30厘米x1厘米x1厘米
根据这个大小估计重量为3.5千克
新闻里面给出的是2.5千克,考虑到大小的估计和形状因素,重量是差不多的

铁块相对汽车的速度可以估计为约200千米每小时
http://tech.92jn.com/weibo/shehui/2012/0604/85304.html
或者按照这个新闻估计的,是164千米每小时
铁块自身相对地面(空气)运动的速度,我们可以用100千米每小时来估计(28米每秒)
也许会少一些,也许会多一些(被甩出来、碰撞等等)

考虑空气阻力的问题,根据公式
http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_%28physics%29
如果是运动中最大面积对着运动方向,估计受力仅为20牛顿

在1秒之内能造成的速度变化约为8米每秒(假设从飞出到碰撞,运动时间为一秒)
跟28米每秒的速度来说,影响比较大,但是不改变碰撞的后果

更可能的是铁片旋转着以侧边沿着运动的方向
那么空气阻力造成的影响可以忽略。

3 0

Uroborosקוונטי אלכימאי

2012-06-04 09:58

小时候经常在高速上往车外扔可乐瓶,感觉就像战斗机发射巡航导弹一样。。。。。。现在想想,真是危险啊~~

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支持者: 斐洛特拉多 feeling4t

点击访问视频
北鼻童鞋09年被弹簧击中,至今脑残。。。

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支持者: nipper 呆头鹅 狐_狸

@狐_狸 在计算铁块线速度的时候( V(铁) = V(卡车) × α= 34km/s ),弄错了。
一:可以用相对卡车系统的相对速度求解,比较简单。
如图,
铁块相对于卡车系统的速度

铁块相对于卡车系统的速度的竖直分量=铁块相对于地面速度的数值分量

铁块相对于地面速度的水平分量:
(P点在车轮中心水平线以下为负号,以上为正号)
所以有
解得sin(θ)=0.593,θ=36.37°, 即cos(θ)=0.805;
最终铁块相对于地面的水平速度
最终铁块相对于客车的水平速度
有两个值,从视频上看,铁块速度比卡车慢,取较小的值。
相当于客车以150码的速度直接戳到一根钢柱上。

=============================================
二:用瞬时转动中心来求解

另外,狐狸最后用铁块能量大小作为衡量玻璃受冲击强度也是不合理的。要考虑到单位面积的冲击力。

@沐右 的粗略估计比较合理。尽管他没做更细致的计算。

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支持者: 倾墨倾城 寐语女子

小时候就被教育,高速行驶中不能把手臂脑袋伸出窗外,也不能朝外面扔东西。。。

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支持者: fanmit

假如是对面来车上掉下来的,双方速度都是100km/h,相对速度就是200km/h,也就是200000/3600=55m/s。大概相当于射箭比赛箭的速度。一般的箭重量也就几十克,就有足够的杀伤力了。由此推断,高速上几百克的坚硬异物就能击穿风挡玻璃并伤人致死。对了,一瓶可乐就500多克。

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这大哥真是了不起。
我想知道的是,车玻璃能承受多大力量的撞击。

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有一次在高速上,远远看到一东西径直朝我们车的挡风玻璃上砸来,就砸在副驾驶面前的风挡上。.....幸好只是一块很大的泡沫。但是声音还是很响...

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用动能定理计算~~还要计算和玻璃碰撞后的能量消耗~~

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唉。昨天听广播听到这消息的。司机大哥真的很伟大,要是他没停车后果更糟糕了。另外这铁块到底从哪来的还是要看警察后续的调查了。

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上次记得流言终结者有集,记得是用扔500ML的冰沙,开车相会,来测试,轻轻松松就把击破了。

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Youngsky对阳光下的一切事物感兴趣

2012-06-04 13:05

美国一档纪录片节目《流言终结者》第八季第一集中就有此类实验,一杯重683g的沙冰饮料,在相对时度达到215公里时,冲击力有4386磅(约1 989.45613 公斤),但是汽车挡风玻璃的特性能吸收大部分能量,可以大致算一下,在此重物条件下的受力。

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开车真危险。。。走路防高空抛物还容易点。。

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生命诚可贵
命丧一瞬间

师傅,你在天堂安好

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可怜的师傅,每看一遍肚子就痛一下,大家算算这件事撞上,概率有多大?

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hotechboy66手机软件工程师

2012-06-04 15:06

司机真的很伟大。。不过还好角度问题是砸到腹部位置,如果高一点到头颈部,估计立马就丧失意识了。车祸不可避免。。。

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外号老驴科幻迷,数学爱好者

2012-06-04 22:33

想起了丛飞的遗孀。。。也是在高速上,被无聊孩子丢石头砸死的。。。

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@瀚海老大 昨天我跟狐狸(其实是某人)讨论的时候列的方程组是这货
θ是在卡车系中计算的,V铁块是对客车系,其余数值都是对地球系(随便换系什么的原来刷竞赛的时候被水过无数次了)……

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仔细看视频,方向盘先被砸碎,起到了很大的缓冲作用·····不至于司机师傅当场死亡

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灼烧的意志生物工程在读硕士

2012-06-05 08:33

感觉就像100开外被巴雷特干了一枪...吴师傅那是用超人的毅力+极高的职业操守才能办到的...吴师傅,一路走好!

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支持者: 寐语女子

应该把防弹玻璃合法化,这样就多一种选择。

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就想死神来了一样,不知道那一车的人,在后续的个把月里会不会.............当然,这不科学

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我不明白厚度约10mm的铁片是来自什么车上的制动鼓?

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彭蠡之滨建造师,土木工程师

2012-06-06 00:59

真是死理性啊,名副其实(虽然写得我都看不懂。)

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分析的很全了! 其实这玩意最终打到吴师傅身上的力量 根据力量跟质量 速度成正比 加上高速上汽车都是90以上 最粗略的计算也是90+90-一些空气以及玻璃方向盘的阻力 也就是在160-140KM/H 之间! 可想到身上的力量应该有多重!无法体会的筒靴 可以把拳击用的沙袋用力向上晃动,让他往下掉,咂向毫无准备的U

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司机大叔是伟大的!

不过我看了那个新闻,第一感觉就是,他这么做也是合情合理的,换做其他人也会这么做。

首先,被砸后,只要没有当场死亡或者失去意识,人都有求生的本能,肯定要求救。作为一个司机,又是老司机,他会本能的停车,再离开座位求救。他不可能不停车就向他人求救,那本身就是自杀,谈不上求生了。就连他开双闪也是作为司机的习惯,是不用考虑的动作。我从新闻上看到的视频画面,他直接把车停在了超车道,是受伤太严重,没有多余精力,也可能是他怕车辆可能受损,不敢也不能做太多动作变道去应急车道上停了,至少这样处理,已经可以让自己安全的去向他人求救了,当然,这也保证了车上乘客的安全了。

其次,人在受到严重伤害,处于应激状态时,自己感受到的伤情是不如实际伤情严重的。就像有人被歹徒刺穿腹部后,仍能自己托着肠子去追歹徒。所以司机大叔做的这一系列动作是合理的。就连叮嘱大家不要随便下车,也可能是应激使其感到自己还有能力做这些事情,同时,大叔强烈的责任感也支撑着他。不过恐怕当他停下来等待救援的时候,身上的伤痛才真正开始折磨他。

不过这回儿,记者们算是做得不错。弘扬正义多好啊,比整天脑残的去散播谣言强多了。

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叶精灵误闯Geek领域的旅法师一枚

2012-06-02 14:36

这取决于车速(平均按100km/h算吧),飞行道具飞行速度(能飞起来,应该也不会太低),以及飞行道具的质量。
此外,还可以反向推理,能够击穿垂直的挡风玻璃(很可能是强化玻璃),还能杀人的动能,需要多大的速度和质量。
另,司机大叔一路走好
楼下队形。

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据说,世界最高速是光速,每天都有光子撞在你脸上

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