Frenata dell'auto e cintura

Testo

Quando un’auto frena bruscamente, le persone vengono spinte in avanti. Spiega in termini di leggi di Newton perché accade. È davvero una “forza in avanti” che le spinge? Perché la cintura di sicurezza salva vite?

Soluzione

Non c’è alcuna forza in avanti. La sensazione di essere “spinti avanti” è ingannevole: nessuna forza reale agisce in avanti sul passeggero. Il fenomeno è governato dal primo principio (principio d’inerzia). Prima della frenata, auto e passeggero viaggiano insieme a velocità $v$. Quando l’autista frena, i freni applicano una forza (attrito freni-ruote, poi ruote-asfalto) che decelera l’auto. Ma sul corpo del passeggero, finché non interviene un vincolo, non agisce alcuna forza orizzontale che lo faccia rallentare.

Per inerzia, quindi, il passeggero tende a proseguire in linea retta alla velocità iniziale $v$, mentre l’abitacolo rallenta sotto di lui. Nel riferimento (non inerziale) dell’auto sembra che il passeggero venga scagliato in avanti; nel riferimento inerziale del suolo, invece, è semplicemente l’auto che gli “scivola indietro”. La “forza in avanti” è una forza apparente, non reale.

Il ruolo della cintura. Perché anche il passeggero rallenti insieme all’auto, serve una forza esterna reale diretta all’indietro. È proprio la cintura di sicurezza (insieme allo schienale e, in urto, all’airbag) a fornirla: applica al torace e al bacino la forza decelerante che l’inerzia da sola non produce. Senza cintura, il corpo prosegue indisturbato finché non incontra un ostacolo rigido — volante, cruscotto, parabrezza — che lo ferma in un tempo brevissimo, con forze enormi.

Perché salva vite. La cintura agisce su due fronti legati alla relazione impulso $=$ forza $\times$ tempo, $\bar F\,\Delta t = \Delta p$. A parità di variazione di quantità di moto $\Delta p$ da assorbire:

• allunga il tempo di arresto $\Delta t$ (il corpo decelera insieme all’auto, non contro un ostacolo istantaneo), riducendo la forza media $\bar F$;
• distribuisce la forza su ampie zone robuste del corpo (bacino e clavicola) invece che concentrarla sul capo o sul torace contro il cruscotto.

$\ev{\text{Inerzia (prima legge): il corpo prosegue; la cintura è la forza esterna che lo decelera in sicurezza.}}$

Collegamenti

Argomenti: Dinamica Concetti: Primo principio della dinamica · Seconda legge di Newton