安全氣囊中的物理知識

葛曉云

[摘 要] 汽車中有一個安全裝置——安全氣囊，當(dāng)汽車發(fā)生撞擊時安全氣囊及時打開，能緩解乘客由于慣性帶來的撞擊傷害。安全氣囊是如何起到保護作用的？如何可以讓安全氣囊發(fā)揮最大的作用？從物理的角度來闡述安全氣囊的安全作用。

[關(guān) 鍵 詞] 安全氣囊；物理；沖量和動量

[中圖分類號] U461.91 [文獻標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）11-0191-01

交通事故中能夠最大限度地保護車主的性命安全措施是安全氣囊，發(fā)生交通事故的時候，車子嚴重的撞擊使乘客由于慣性也會受到嚴重的撞擊，受到傷害，這是一種物體相撞的自然規(guī)律。因此，我們在駕駛車輛的時候必須全面提高安全意識，例如，上車后一定要系好安全帶，在沒有影響駕駛的情況下將坐椅向后調(diào)整，適當(dāng)保持人與氣囊之間的距離，一定不要在轉(zhuǎn)向盤上或者氣囊罩蓋的附近位置放任何東西等。為什么說這樣的做法是為安全考慮呢？本文從物理角度來闡述安全氣囊的安全作用。

我們需要了解相關(guān)的物理概念：

1.動量：指物體的質(zhì)量與速度相乘得到的結(jié)果。表達式是：■。

2.動量變化量是作為物體的最后動量與最初動量的差值。表達式是■：

3.沖量：物體所受到的力與這個力之間的作用時間產(chǎn)生的乘積。表達式：■

眾所周知，運動的物體都有動量。如果排除外力作用之外，整個物體將會繼續(xù)根據(jù)當(dāng)前的速度運動。當(dāng)汽車出現(xiàn)撞擊時而產(chǎn)生了停止的運動，但是汽車內(nèi)的乘客由于慣性會繼續(xù)運動的，這就會造成撞擊傷害。

要想阻止乘客的慣性，就必須在規(guī)定時間內(nèi)給物體施加相應(yīng)的反作用力。當(dāng)汽車出現(xiàn)相撞時，汽車的動量瞬間改變，但乘客的動量卻保持不變（由于乘客還沒來得及反應(yīng)過來），所以需要有很大的作用力才可以阻止乘客的運動。不管哪種輔助保護系統(tǒng)的設(shè)計，目的是需要讓乘客停止運動，這樣可以盡量減少對乘客的傷害。安全氣囊需要做的就是使乘客的速度減至零，這樣可以確保乘客所受到損傷是最小的。那就是要使乘客的動量在瞬間減少至零，根據(jù)沖量表達式I=Ft，整個時間只有那么幾分之一秒，可以看出這個力是十分巨大的。

另一個問題：為什么說安全氣囊必須與安全帶配合使用才可以做到安全呢？其實安全氣囊的全名是“輔助可充氣約束系統(tǒng)”，它只是一個起到輔助作用的安全設(shè)施系統(tǒng)，需要與安全帶配合使用，這樣才可以更好地發(fā)揮其最大的保護作用。假若駕駛?cè)藛T沒有系好安全帶，當(dāng)汽車出現(xiàn)碰撞的這個瞬間，安全氣囊就會向乘客的方向膨脹開來，而乘客因為慣性向前沖去，當(dāng)人與安全氣囊相互接觸之后，此時就會被氣囊快速的彈開，從而會使其受到更大的沖擊力，如此的操作方法，使安全氣囊無法起到應(yīng)有的保護乘客的作用，反而還有可能給乘客造成更大傷害。那么乘客和氣囊保持的距離方面問題，只有在沒有影響正常駕駛的前提下，人與氣囊之間的距離越大會更好一點，由于拉大距離就可以全面延長氣囊與人接觸的時間，這樣可以有效地減小它對人體的沖擊力，也能夠更好地降低乘客的受傷程度。

由于安全氣囊的使用是十分嚴格的。安全氣囊只允許在乘客與方向盤或者儀表板之間的有限空間內(nèi)才能發(fā)揮出它應(yīng)有的作用，同時一定需要在幾分之一秒的時間內(nèi)完成這個工作使命。氣囊由纖細的尼龍纖維制成，且性能很好，十分方便折疊，折疊完整之后裝入到方向盤里面或者儀表盤。這樣可以使傳感器向氣囊充氣的設(shè)備發(fā)出充氣通知。當(dāng)撞擊力以16～24公里/小時的速度撞擊磚墻的時候，氣囊就會開始出現(xiàn)充氣現(xiàn)象。當(dāng)質(zhì)量出現(xiàn)位移使電接觸進行斷開時，某一個機械開關(guān)就會很容易地被觸動，這樣可以通知傳感器已發(fā)生撞擊事件。傳感器此時就會從內(nèi)置于微芯片中的加速計接收到相關(guān)的信號，那么安全氣囊充氣系統(tǒng)中有硝酸鉀與氮化鈉，這二者一旦發(fā)生相互反應(yīng)，就會在瞬間生成氮氣，氮氣形成的熱流就會讓氣囊快速膨脹起來。當(dāng)安全氣囊系統(tǒng)點燃的屬于“固體推進劑”時，那么后者的燃燒就變得十分迅速，此時就可能會產(chǎn)生很大的氣體為氣囊充氣。隨后，氣囊就會爆炸般地沖出原始的安裝位置，時速可以高達350多公里，這個速度比眨一下眼睛還要快，充氣的氣囊可以起到緩解乘客因為慣性而產(chǎn)生的撞擊造成的傷害。1秒之后氣體通過氣囊上的小孔就可以迅速的消散了，氣囊就能夠收縮起來，乘客又能夠自由移動。

參考文獻：

黃建鴻.美國職業(yè)教育的發(fā)展趨勢與特點[J].職教論壇，2006（21）.