Calculadora de la fuerza en accidentes de automóvil

Nuestra calculadora de accidentes de automóvil es una herramienta que puedes utilizar para estimar qué fuerza g actúa sobre ti en un accidente de tráfico o tránsito. Todo el mundo sabe que las colisiones de automóviles son muy peligrosas, pero ¿cuál es la física detrás de ellas? ¿Podemos predecir las consecuencias de un accidente de tránsito? La respuesta es sí y no. Los daños para la salud en un accidente pueden ser graves, y dependen de muchos factores, por ejemplo:

• Velocidad del automóvil: a mayor velocidad, mayor energía;
• Cinturón de seguridad: demostraremos que los cinturones de seguridad pueden salvarte la vida;
• Airbag: otra cosa que puede proteger tu vida;
• Tipo de automóvil: tienes más probabilidades de sobrevivir a un accidente de tránsito si vas en un automóvil más grande;
• Obstáculo: la situación es diferente si chocamos contra un arbusto o contra un árbol.

No podemos calcular con precisión si sobrevivirás o no, pero podemos hacer algunas estimaciones para ser conscientes de las consecuencias del choque. ¿Qué ocurre si conduces a una velocidad de $50\ \mathrm{kph}$ y te detienes de repente? Imagina un bloque de 7 toneladas sobre tu pecho. Sí, es casi lo mismo. La NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration estadounidense) ha realizado muchas pruebas de choque con maniquíes, al igual que la mayoría de agencias nacionales de seguridad en otros paises. Basándonos en estas pruebas, podemos hacer algunas aproximaciones sobre la velocidad mínima a la que puedes morir en un accidente de tránsito.

En esta calculadora de accidentes de automóvil, te explicamos cómo calcular la fuerza de impacto en los accidentes de automóvil y cómo pueden protegerte los cinturones de seguridad y los airbags. Descubrirás que pueden aumentar drásticamente tus posibilidades de sobrevivir. Puedes conocer la definición de fuerza de impacto y la ecuación de la fuerza de impacto en el siguiente texto.

No necesitas ser un conductor para saber que no puedes parar el automóvil inmediatamente. La distancia total de parada depende del tiempo de reacción del conductor y de la distancia de frenado. La misma energía estimada con la calculadora de energía cinética se dispersará mucho más rápido en un árbol que en el agua. Por tanto, chocar contra los árboles casi siempre provoca peligrosos accidentes de automóvil.

La fuerza de impacto es la fuerza total ejercida sobre un objeto durante una colisión. Para deducir la ecuación de la fuerza de impacto, puedes considerar la ley de conservación de la energía. Al principio, un objeto en movimiento posee energía cinética que se reduce a cero tras la colisión (el objeto se detiene). Para cumplir la ley de conservación, el cambio de energía cinética debe compensarse con el trabajo realizado por la fuerza de impacto. Lo expresamos con la siguiente ecuación de la fuerza de impacto

donde:

• $F$ - Fuerza media de impacto;
• $m$ - Masa de un objeto;
• $v$ - Velocidad inicial del objeto;
• $d$ - Distancia recorrida durante la colisión.

Consulta la calculadora de trabajo 🇺🇸 o la calculadora de trabajo y potencia 🇺🇸 para familiarizarte con el trabajo en física y cómo se relaciona con la energía.

Lo que puede sorprenderte es que ampliar la distancia recorrida durante la colisión reduce la fuerza media del impacto. Debería ser más fácil de entender si reescribimos la fórmula anterior de la fuerza de impacto en la versión alternativa utilizando el tiempo de colisión $t$ en lugar de la distancia $d$:

Se trata de un caso especial de la fórmula del momento, descrita en la calculadora de impulso y momento 🇺🇸. Ahora puedes ver que prolongar el tiempo de la colisión disminuirá la fuerza media del impacto.

Consideremos dos situaciones en las que saltas desde una altura determinada. En el primer caso, saltas al suelo, y en el segundo, sobre un trampolín. Como la superficie de un trampolín es más elástica, se prolonga el tiempo de la colisión. Puedes sentir que tus piernas están sometidas a una fuerza media de impacto menor.

Este caso es análogo a los accidentes de tráfico. Los automóviles están hechos para colapsar en el momento del impacto, prolongando el tiempo de la colisión y disminuyendo la fuerza del impacto. Por eso no pueden ser demasiado rígidos.

Las fórmulas de fuerza de impacto que hemos utilizado anteriormente describen una colisión ideal entre dos objetos. En la situación real de un accidente de tránsito, el perfil de la fuerza durante el accidente puede ser más amplio, por ejemplo, debes tener en cuenta que el automóvil colapsa y que un ser humano no es una masa puntual, sino un cuerpo complejo. Aún así, puedes hacer algunas estimaciones de la fuerza de impacto durante un accidente de tránsito.

Observa la siguiente imagen. Al principio, el conductor está sentado en el automóvil en movimiento constante con velocidad $v$. Después, el automóvil choca contra el árbol y se detiene inmediatamente. El conductor vuela hacia delante debido a la inercia hasta que se detiene bruscamente por el impacto contra la columna de dirección o el parabrisas. La distancia de parada es muy corta porque ninguno de los objetos que chocan (incluida la carrocería y, por ejemplo, el parabrisas) son lo suficientemente contráctiles. Suelen ser objetos densos; puedes encontrar la densidad de los materiales más comunes con la calculadora de densidad para comparar. Podemos estimar que la distancia de parada es de aproximadamente $4\ \mathrm{cm}$ en nuestro caso (puedes cambiarlo en la sección variables adicionales de esta calculadora de fuerza de impacto).

¿Cómo calcular la fuerza de impacto que actúa sobre un conductor con una masa de $70\ \mathrm{kg}$? ¡Utilicemos nuestra calculadora de accidentes de automóvil! Si la velocidad inicial del automóvil es $30\ \mathrm{km/h}$ y la distancia de colisión es $4\ \mathrm{cm}$, entonces la fuerza de impacto es aproximadamente $60\ \mathrm{kN}$. ¡Equivale a 6 toneladas! Es como si alguien te pusiera un gran bloque de piedra en el pecho. Por otra parte, el tiempo de parada es sólo $9.6\ \mathrm{ms}$, lo que significa que para reducir la velocidad del conductor de $30\ \mathrm{km/h}$ a cero, el conductor tiene que desacelerar casi 89 veces más rápido que la gravedad estándar g de la Tierra.

La tarea principal de los cinturones de seguridad y los airbags es la misma. Ambos amplían la distancia de la colisión. Supongamos que tenemos la misma situación que antes. El conductor de $70\ \mathrm{kg}$ conduce un automóvil a una velocidad de 30 km/h, pero esta vez está firmemente sujeto por el arnés del cinturón de seguridad. El cinturón de seguridad se estirará ligeramente cuando se aplique la fuerza del impacto. Podemos decir que puede dilatarse aproximadamente $20\ \mathrm{cm}$ (puedes cambiarlo en la sección variables adicionales de esta calculadora de fuerza de impacto).

De nuevo, tras utilizar la calculadora de accidentes de automóvil, puedes obtener la fuerza media de impacto de aproximadamente $12.5\ \mathrm{kN}$, que es unas 24 veces menor que sin el cinturón de seguridad. Corresponde a un peso de $1.24\ \mathrm{t}$. El tiempo de parada se alarga hasta $48\ \mathrm{ms}$, y ahora, el conductor decelera "sólo" 18 veces más rápido que con la gravedad estándar g de la Tierra.

En resumen, el cinturón de seguridad está diseñado para impedir que tu cuerpo golpee cosas duras en el automóvil y reducir la fuerza de impacto que experimentas repartiéndola a lo largo del tiempo. En ocasiones, el cinturón de seguridad puede contribuir a provocar lesiones internas graves o incluso la muerte si la fuerza del impacto es demasiado grande. Sin embargo, hoy en día, los cinturones de seguridad tienen un mecanismo que los rompe a un nivel de esfuerzo predefinido. Normalmente, sigue habiendo airbags colocados delante del conductor para aumentar su seguridad.

Hemos hecho un ejemplo con el conductor, pero cualquier persona del vehículo está sometida a estos peligros. Si chocas con un camión pesado, da igual que estés sentado al volante o en el asiento trasero del automóvil.

Incluso en colisiones a baja velocidad, la fuerza de impacto que detiene tu cuerpo es del orden de toneladas. Sencillamente, no podrás sujetarte y evitar lesiones sin los cinturones de seguridad abrochados. Además, si te sientas en la parte trasera del automóvil y no estás sujeto por el cinturón de seguridad, saldrás volando hacia delante como una roca de varias toneladas. ¡No sólo te harás daño a ti mismo, sino también a tu amigo de delante!

Esta es una de esas preguntas que no tiene una respuesta única y clara. Cuanto más pesado es el automóvil, más difícil es detenerlo, y la fuerza del impacto es menor. Por otra parte, el vehículo se detendrá inmediatamente si choca contra la pared de una casa, pero la situación será diferente si choca contra otro automóvil que participa en el tráfico. Por tanto, debemos tener en cuenta muchos factores diferentes.

En general, una velocidad elevada no produce lesiones perjudiciales. Lo que es peligroso para un ser humano es la gran aceleración o deceleración que se da en un tiempo determinado. Según la agencia estadounidense NHTSA (del inglés para Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carretera) "la aceleración torácica máxima no debe superar los 60 g durante periodos de tiempo superiores a 3 milisegundos" (fuente: NHTSA).

Con nuestra calculadora de accidentes de automóvil, habrás aprendido que las aceleraciones durante los accidentes de automóvil pueden ser muy superiores a 60 g sin cinturones de seguridad abrochados. ¡Así que úsalos y salva tu vida! La NHTSA afirma que los cinturones de seguridad reducen las tasas de mortalidad en un 45% y el riesgo de lesiones en un 50%.