Hiện tượng vật lý cần lưu ý khi lái xe trên cao tốc

Dây an toàn, lực quán tính, lực va của chất lỏng, nguyên lý Bernoulii ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn của lái xe.

Dây an toàn (Seatbelt) - khi kéo từ từ thì sẽ nhả ra hết nhưng nếu giật dây đột ngột thì cơ cấu hãm sẽ giữ chặt dây lại. Giả sử khi xe đang chạy trên cao tốc với vận tốc 80 km/h đâm vào một vật thể cố định, nó sẽ dừng lại rất nhanh (gia tốc rất lớn). Tại thời điểm va đập, bánh xe ngừng dịch chuyển nhưng phần còn lại của xe vẫn dịch chuyển với vận tốc ban đầu là 80 km/h. Xe bắt đầu hấp thụ năng lượng va đập và giảm tốc độ vì phần trước của xe bị ép lại. Trong quá trình va đập, khoang hành khách bắt đầu chuyển động chậm lại hoặc giảm tốc, nhưng hành khách vẫn tiếp tục chuyển động lao về phía trước với vận tốc như vận tốc ban đầu trong khoang xe.

Nếu người lái và hành khách không đeo dây an toàn, họ sẽ tiếp tục chuyển động với vận tốc 80 km/h cho đến khi họ va vào các vật thể trong xe. Trong ví dụ cụ thể này hành khách và người lái dịch chuyển nhanh và va đập về phía trước bằng khi họ rơi từ tầng sáu xuống. g = 9,8m/s 2 (Gia tốc rơi tự do); h = 25m (Độ cao nhà 6 tầng); V 0 = 0 (Vận tốc ban đầu).

Công thức tính vận tốc của vật rơi tự do: V 2 – V 02 = 2g × h V 2 = 2g × h = 2 × 9,8 × 25 = 490 ⇒V = 22,1m/s ⇒V = 79,5 km/h (Vận tốc khi bị rơi từ lầu sáu xuống).

Lực quán tính - chỉ xuất hiện khi xe chuyển động với vận tốc không đều (khi tăng hoặc giảm tốc độ), do chuyển động tịnh tiến không đều nên lực quán tính sẽ là lực cản chuyển động của xe khi chúng ta tăng tốc và là lực chủ động khi chúng ta giảm tốc độ. Trong trường hợp xe xảy ra tai nạn hoặc người lái đạp phanh gấp thì lực quán tính rất lớn nên mới có hiện tượng hành khách trên xe bị lao về phía trước như ví dụ vừa nêu ở phần trên.

Lực ly tâm cũng là lực quán tính và lực ly tâm chỉ xuất hiện khi xe vào những khúc cua (đường vòng) có nghĩa là khi xe vào cua bên trái thì xe sẽ có xu hướng bị bê về bên phải và ngược lại. Nên để an toàn khi xe đến những đoạn đường cong thì người lái cần phải giảm tốc độ.

Độ lớn của lực ly tâm được tính bằng công thức: F = m.V2/R trong đó: m: Khối lượng vật; V2: Bình phương vận tốc xe; R: Bán kính của đường cong.

Nên khi lái xe trên cao tốc chúng ta cần phải quan sát và giảm bớt tốc độ khi đến những đoạn đường cong vì theo Quy Định 5729 năm 2012 tiêu chuẩn về làm đường cao tốc nêu rõ: Không nên thiết kế các đoạn thẳng trên cao tốc dài quá 4 km. Nên thay các đoạn thẳng quá dài bằng các đường vòng có góc chuyển hướng nhỏ với bán kính lớn để chống đơn điệu và chói mắt do đèn pha về ban đêm. Sau khoảng dưới 4 km đường thẳng, đường sẽ uốn cong một góc nhỏ buộc phải
đánh lái, nhằm thu hút sự tập trung của người lái, tránh buồn ngủ do vận hành đều đều.

Lực va của chất lỏng chỉ có ở những xe vận chuyển hàng hóa dạng chất lỏng (xe bồn chở nước, xăng dầu...). "Áp lực nước va" là sự va đập của thủy lực, ví dụ khi vác một bao gạo 30 kg, chúng ta có thể di chuyển bình thường nhưng khi vác một can nước 30 lít (không đầy tràn miệng, nước trong can sẽ chòng chành khi di chuyển) thì việc đi lại sẽ rất khó khăn. Nên những xe chở chất lỏng khi lưu
thông trên cao tốc phải cẩn thận vì bởi khi người lái thay đổi tốc độ đột ngột (gia tốc lớn dẫn tới lực quán tính lớn) thì nguồn năng lượng (quán tính) của nước được giải phóng, tạo nên một lực làm cho người lái khó kiểm soát (Dẫn chứng vụ tai nạn liên hoàn tại Hải Dương khiến 7 người tử vong vào năm 2019).

Nguyên lý Bernoulii - lực nâng (Lift force): theo lý thuyết khí động học, khi xe chạy: luồng không khí phía trên mui xe di chuyển với quãng đường dài hơn luồng không khí phía bên dưới gầm xe, phía trước nhanh hơn phía sau nên theo nguyên lý Bernoulli, vận tốc khác nhau của dòng khí sẽ phát sinh chênh
lệch áp suất tạo nên lực nâng có phương vuông góc với bề mặt đường sẽ nâng xe lên làm giảm sức bám mặt đường của lốp.

Lực hút từ xe vượt ở làn bên cạnh, theo nguyên lý Bernoulii khi vận tốc tăng thì áp suất giảm và gây ra một lực có hướng về phía áp suất giảm. Do vậy khi lái xe trên cao tốc không nên đi song song hoặc chạy sát với các loại xe tải hạng nặng hoặc container chuyển động nhanh vì nếu không các xe nhỏ sẽ bị hút vào các xe lớn. Nếu xét cả về tốc độ và trọng lượng thì lực hút này dường như không đủ lớn để hút ôtô. Tuy nhiên không may gặp các điều kiện trời mưa, đường trơn trượt hay tay lái không vững thì lực hút này cũng đủ để gây nguy hiểm.

Chúc các bạn nhiều sức khỏe và lái xe an toàn.

HP