Ας υποθέσουμε ότι, όπως εγώ, έχεις διαβάσει όλα τα sticky posts που αφορούν τα κράνη στο forum.
Έχεις πλέον κατανοήσει, εκτός από την αναγκαιότητα της χρησιμοποίησης του εν λόγω αξεσουάρ, και την τεχνολογία κατασκευής του όσον αφορά τα επιμέρους στοιχεία του, δηλαδή το εξωτερικό κέλυφος, το υλικό απόσβεσης, τα εσωτερικά μαξιλαράκια κλπ.
Επίσης έχεις πάρει μία ιδέα ότι υπάρχουν, σε γενικές γραμμές, δύο υλικά κατασκευής του εξωτερικού κελύφους τα οποία οδηγούν σε αντίστοιχες ‘σχολές’ κατασκευής : οι ακριβές μάρκες που κατασκευάζουν με υλικά μεγάλης σκληρότητας, ότι κι αν σημαίνει αυτό (fiber, carbon, aramidic, carbon - kevlar κλπ) και οι άλλοι που κατασκευάζουν απο θερμοπλαστικό ή polycarbonate, υλικά μέτριας σκληρότητας και πιό εύκολα παραμορφούμενα σε πιθανή κρούση.
Αλλά αυτό που σε προβληματίζει πλέον, είναι το τί γίνεταi με τις προδιαγραφές ασφαλείας, και κατα πόσο ένα φθηνό κράνος από θερμοπλαστικό είναι ικανό να προστατέψει το κεφάλι σου όσο και ένα πανάκριβο. Μετά δε την επίσκεψή σου και στο site της SHARP, έχεις πλέον και μία υποψία μήπως οι ακριβοί κατασκευαστές μας δουλεύουν ψιλό γαζί και πληρώνουμε το marketing και τις χορηγίες στους αγωνιζόμενους.
Τα ίδια και χειρότερα με ταλάνιζαν και εμένα, ο καθένας έλεγε το μακρύ του και το μακρύτερό του, οπότε πήρα την κατάσταση στα χέρια μου, χαρτί και μολύβι και είπα «φυσική είναι, απλά μαθηματικά, για να δούμε τι θα βγεί...»
Μερικά δεδομένα που βρήκα όμως στο internet πρίν ξεκινήσω είναι ότι :
1. Αν και τα ιατρικά ινστιντούτα που ασχολούνται με τις περιπτώσεις traumatic brain injury (σε συντομία TBI), δεν έχουν συμφωνήσει για το ποσό της ενέργειας της κρούσης που αφήνει μόνιμη βλάβη στον εγκέφαλο, έχουμε θεωρήσει ότι ένα κρανίο δεν θα πρέπει να ξεπεράσει τα 300 G επιβράδυνσης αν θέλουμε να έχουμε αναστρέψιμο και όχι μόνιμο τραύμα. Προσέξτε μιλάμε για αναστρέψιμο, όχι για καθόλου τράυμα, αυτό είναι ανέφικτο. Τράυμα έχεις ακόμα και με λίγο ζαλάδα δεν σημαίνει απαραίτητα blackout.
πηγές :
John F. Carney - Performance and operational experience of crash cushions - 1994
Alan M. Nahum, John Melvin - Accidental injury – 2001
2. 275 G είναι το όριο του Ευρωπαικού ελέγχου ECE 22.05 και του SHARP, ενώ 300 G είναι το όριο του SNELL 2005. Με το Αμερικάνικο DOT απαξιούμε να ασχοληθούμε καθώς είναι παρωδία αφού οι ίδοι οι κατασκευαστές τεστάρουν και πιστοποιούν τα κράνη τους χωρίς επίβλεψη... και σε αστείες ταχύτητες.
3. Οι κύριες δοκιμές κρούσης των κρανών στους παραπάνω οργανισμούς, περιλαμβάνουν πτώσεις από κάποιο ύψος του κράνους που «φοράει» ένα ψεύτικο κεφάλι (εφ’ εξής dummy head) με κύριο μέλημα την μέτρηση της τιμής της επιβράδυνασης που αυτό δέχεται κατά την κρούση σε ακίνητο αντικείμενο έχοντας τις εξής κύριες διαφορές :
To Snell υπολογίζει το ύψος της πτώσης ώστε κατα την κρούση το σύνολο (κράνος + dummy head) να έχει ενέργεια πρώτης κρούσης 150 joules και στην δεύτερη 110 joules. Η προσκρούσεις γίνονται πάνω σε flat και σε ημικυλινδρικά ακίνητα εμπόδια
Το ECE 22.05 υπολογίζει το ύψος της πτώσης ώστε κατα την κρούση το σύνολο (κράνος + dummy head) να έχει ενέργεια μία και μόνης κρούσης 115.3 joules έως και 157.5 joules . Η πρoσκρούσεις λαμβάνουν χώρα σε flat και σε γωνιακά ακίνητα εμπόδια.
Το SHARP υπολογίζει το ύψος της πτώσης ώστε κατα την κρόυση το σύνολο (κράνος + dummy head) να έχει ταχύτητα 6 έως 8,5 m/sec
πηγές : http://www.smf.org/standards/pdf/mstds_cmp.pdf (για τα Snell και ECE 22.05)
4. Πουθενά δεν υπάρχουν προσβάσιμες οι τιμές των G που μετρήθηκαν στις δοκιμές παρά μόνο αν πέρασαν την πιστοποίηση ή όχι (για τα για τα Snell και ECE 22.05) ή αστεράκια για το SHARP.
Πάμε τώρα να κάνουμε λίγο φυσική γυμνασίου :
Δεδομένου ότι η ενέργεια κρούσης των δοκιμών είναι Εκ=1/2 m U^2 => U= sqrt (2Eκ/m)
Όπου Εκ τα joule των δοκιμών κρούσεων και m η μάζα κράνος-dummy (περίπου 1,5kgr+3,5Kgr = 5kgr) και U η ταχύτητα πρόσκρουσης
Οπότε έχουμε U = sqrt(2 * 150j / 5kgr) = 7,75m/sec ( 27,9 km/h)
Πρώτη παρατήρηση είναι ότι τα κράνη που καλούνται να πιστοποιηθούν δοκιμάζονται σε κρούση στην ιλιγγιώδη ταχύτητα των 28km/h !! (το SHARP παίζει μεταξύ 21,6 km/h και 30,6km/h)
Το κρατάμε αυτό σαν ταχύτητα γιατί θα το χρειαστούμε αργότερα.
Τώρα σκεφτόμαστε σαν κατασκευαστές κρανών και τα πράγματα είναι απλά :
Μπορούμε να φτιάξουμε ένα κράνος που να μπορεί να σταματήσει το κεφάλι που είναι μέσα στην μέγιστη απόσταση των επενδύσεων + του κελύφους (περίπου 3,5cm) χωρίς η επιβράδυνση του κεφαλιού να ξεπεράσει τα 300 G; Ας δούμε αν είναι μαθηματικά εφικτό ή αν κυνηγάμε χίμαιρες :
Πρόβλημα :
Έστω κρανίο + κράνος που κινείται με ευθύγραμη ομαλή ταχύτητα U. Προσπίπτει σε σταθερό και μη ελαστικό υλικό. Το πάχος του υλικού απόσβεσης (αφρολέξ και κέλυφος) είναι 3,5 cm. Πόση επιβράδυνση δέχεται το κρανίο μέχρι να σταματήσει αν θεωρήσουμε ΙΔΑΝΙΚΑ ότι ο συντελεστής ελαστικότητας του υλικού είναι τέτοιος ώστε το κρανίο να χρησιμοποιήσει όλο το ωφέλιμο πάχος του υλικού απόσβεσης ; (τέτοιο υλικό δεν υπάρχει που να προσαρμόζει την σκληρότητά του ανάλογα την ταχύτητα αλλά για να δούμε τι θα βγάλουμε...)
Λύση :
Η απόσταση επιβράδυνσης s= ½ γ t^2 (1) (όπου s η απόσταση επιβράδυσνης, γ η επιβράδυνση και t ο χρόνος)
Επίσης αφού το κρανίο θα σταματήσει εντελώς ισχύει ότι U=γt => t=U/γ
Και ο (1) γίνεται s=1/2 γ (U/γ)^2 => γ= (U^2)/2s.
Επειδή μας ενδιαφέρει πόσα G θα δεχθεί το κρανίο δηλαδή πόσες φορές θα είναι μεγαλύτερο από την επιτάχυνση της βαρύτητας
G= (U^2)/(2 * s * 9,8)
Όπως βέπετε, τα G’s είναι ανεξάρτητα από το βάρος του κεφαλιού. Επίσης δεν μας ενδιαφέρει πως θα απορροφηθεί η κρούση, το ζητούμενο είναι να εκμεταλευτούμε ιδανικά όλο το πάχος τοτ κράνους
Αφού βρήκαμε τον τύπο που μας δίνει τα G που θα δεχθεί το κρανίο, ας φτιάξουμε ένα πίνακα με αποτελέσματα για διαφορετικές ταχύτητες πρόσκρουσης :
U (km/h) G’s
20 45
27 82
30 101
40 180
51 293
60 405
100 1125
150 2530
200 4500
Τα συμπεράσματα από τον παραπάνω πίνακα είναι :
1. η επιβάρυνση είναι εκθετικά αυξανόμενη όσο αυξάνει η ταχύτητα και λογικό είναι αφού ο τύπος έχει την ταχύτητα υψωμένη στο τετράγωνο
2. To όριο μίας «στούκας» σε ακίνητο αντικείμενο είναι τα 51 km/h, αρκεί βέβαια ΝΑ ΕΚΜΕΤΑΛΕΥΘΟΥΜΕ ΟΛΟ ΤΟ ΠΑΧΟΣ ΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΓΙΑ ΕΠΙΒΡΑΔΥΝΣΗ ΤΟΥ ΚΕΦΑΛΙΟΥ δηλαδή η σκληρότητα του συστήματος κέλυφος-αφρολέξ (όπως θα δούμε παρακάτω), να έχει υπολογισθεί για αυτή την ταχύτητα και όχι για να περάσει απλώς την πιστοποίηση.
3. Πως θα παραμορφωθεί το κράνος μας είναι αδιάφορο, αρκεί σε οριακή κατάσταση να εκμεταλευτούμε ολο το παχος του.
4. Για στούκα σε ακίνητο αντικείμενο με ταχύτητα μεγαλύτερη των 51 km/h, η κρούση αποδεικνύεται πλέον και με τους νόμους της φυσικής ότι θα προκαλέσει τουλάχιστο μόνιμη βλάβη, αν όχι κάτι μη αναστρέψιμο. Η παραπάνω ταχύτητα μειώνεται σε πραγματικές συνθήκες αφού για το πρόβλημά μας το υλικό απόσβεσης θεωρήθηκε ιδανικό
Για να μην τρομάξουμε απο τώρα, να θυμίσω ότι δεν αναφερόμαστε στην ταχύτητα της μοτοσυκλέτας αλλά στην ταχύτητα του κράνους κατα την στιγμή της πρόσκρουσης και για πρόσκρουση σε ακίνητο σταθερό και ανελαστικό αντικείμενο πχ πεζοδρόμιο και όχι σύρσιμο ή άλλη κατάσταση όπως πρόσκρουση σε ελαστικό αντικείμενο πχ καπώ αυτοκινήτου
(συνεχίζεται)
Απάντηση με παράθεση
)
). με άλλα λόγια ας σταματήσουμε επιτέλους την φιλολογία για τα φτηνά και ακριβά κράνη και ας αρχίσουμε να πιέζουμε να γίνουν αυστηρότερες οι προδιαγραφές
ακριβώς το ίδιο σκεφτόμουν 
