数学、物理、力学的なことなんですが、教えて下さい。

質問

体重６０kgの人間が原付バイクでメーターで見て５０kmの速度で走って、コンクリートの電信柱に正面から衝突すると、人体にかかる衝撃は力学的におよそどのくらいになるのでしょうか？

過去に自身が実際に体験してしまった事で、真夜中で目撃者が誰もいなくて記憶が残ってないのですが、たまたま近くを歩いていた人が衝撃音を追って僕を発見してくれ、救急車を呼んでくれたので、奇跡的に生きています。
退院してから、警察の話、事故現場の電柱のタイヤ痕、壊れたスクーター、凹んだヘルメットを見て判断すると、
最初にフロントタイヤが電柱にあたり、そのまま顔面を電柱に正面から打ち付け、反動で後頭部を地面に叩き付けられた感じなんですが。

力学って言うんですかね、衝撃の威力が数字にするとどれくらいだったのか、知りたくて、全く知識がないので、およそで計算できる方いらっしゃいましたら、教えてください。

回答No.3

noname#213462

サイトを参考にしますと、

野球投球スピード時速160kmで、ボールの重さ145gで、約143Jだそうです。

その他、球の持つ運動エネルギー（ジュール）

ゴルフ、79J
ボーリング、450J
日本警察の拳銃、263J
普通の拳銃、500J
エアガンの球一発、0．8J

になるそうですが、単純な球の持つエネルギー比較ですので、球の固さや密度、球の大きさなどにより受けるダメージは違ってきます。

単純に比較すると、体重60kgの人間が、時速50kmのスピードで移動したとき、その人間の体が持つ運動エネルギーは、時速160kmの野球の投球、40発分の持つエネルギー量になります。

お礼ありがとうございました、命が無事で何よりなのですが、本当に大変な経験をされたのですね。

お礼

よっ４０発分ですか！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！（！マーク４０発）
ちょっと笑っちゃう数字ですね。

いや～知れば知るほど本当に奇跡的だったんだなぁと、、、。。改めて初心に帰れました。
そもそもの原因は睡眠不足と疲労を溜め込んでしまったことで事故してしまいました。そして、事故した場所は、家まであと１分もかからないところでした。

当時は口がまるでプレデターのように４分割になってましたからね。
今は、ご飯が食べれます！！
ありがたや～！！ありがたや～！！

僕みたいに絶対にならないように、気をつけて下さいね。

おかげ様で、モヤモヤしていた事がスッキリしましたよ。
ありがとうございました！！！

回答No.2

noname#224896

衝撃とは、瞬間的な力ですので、物理での力積という概念から、
その衝撃を導き出します。

しかし、衝撃という撃力が身体のどこか１点に集中した訳ではなく、
考えたくもありませんが、身体全体に衝撃が分散すること無く、
撃力が１点に集中した場合、恐らく肉片になっていると思います。

どのくらいの面積が接触したかという圧力に換算しないといけません。
更に、人体上の衝撃を逃がす構造というものも考慮しなければいけません。
正確に求めようとすると、上記のような様々な要素を省いて計算するしかありません。

しかも、その衝撃が掛かり始めて、その衝撃がゼロになるまでの時間を
実際に計測した訳ではないので正直なところ、求めようがないのです。

（１）撃力の求め方を以下、記載します。

力積＝平均的な衝撃×衝撃の掛かった時間
という定義に従うと、衝突する寸前の運動量の変化を意味します。
即ち、質量×速度、つまり、６０ｋｇ×時速５０ｋｍ
単位を統一する為に、速度を秒速毎メートルに換算します。
衝撃である力をＦ(N)、その衝撃が身体に掛かった時間をΔt(s)
質量をｍ(kg)、速度をｖ(m/s)とすると、衝突した後は停止していますので、
運動量はゼロになります。
よって、
ＦΔt = 0 - 60(kg)*125/9(m/s)
≒ - 833.33 (kg・m/s)
衝撃の絶対値を知りたいので、|ＦΔt|≒ 833.33 (kg・m/s)となります。
衝撃を、どのくらいの力（Ｎ）であるかというのは、
Ｎという単位では漠然としていますので、
どのくらいの質量に掛かる重力であるかというｋｇ重という単位に直します。
衝突から停止までにに掛かった時間と衝撃との対応関係は、以下の通りになります。

時間(秒)　　衝撃（kg重）
1秒　　約833ｋｇ重
0.1秒　約8.3×10^3ｋｇ重（約8.3ｔもの質量に掛かる重力）
0.01秒・・・・・・（約83ｔもの質量に掛かる重力）　
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これでは、余りにも、申し訳ないので、
エネルギー保存の法則で、どれくらいの高さから落ちた衝撃なのかという
別の観点から考察してみましょう。

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（２）『どれくらいの高さから落ちた衝撃か』

衝突寸前の運動エネルギーの発生が、
どれくらいの高さから落ちたという位置エネルギーから、
そのまま保存されたとします。
mは質量、vは衝突寸前の速度,hは高さ、
gは重力加速度とし、その値は9.8(m/s^2)とします。

(mv^2)/2 = mgh

h ≒ 9.84 (m)

約10メートルの高さから落下して、固い路面に全身を打ち付けた衝撃と等しいです。
（勿論、ヘルメットを着用してです。）
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本当に、人と接触しなくて良かったです。
そして、命に別状が無く、退院されて何よりです。

お礼

無知な自分にとても分かりやすくご説明いただきまして、本当にありがとうございました！だいぶ想像でき、すっきりしました。

スクーターは電柱にフロントタイヤが当たってすぐに進行方向が変わってそれて行ったみたいで、もちろん壊れたんですが、意外と原型をとどめてました。つば無し半キャップのヘルメットだったんですが、前はほとんどヘコんでなくて、後頭部がベコっって感じでした。そして一番の怪我は、顔面多発骨折で目から下はすべてのパーツが奥行きがこめかみまで骨折で陥没し、グチャグチャになりまして顔が縦、横に広がり、かなり別人になってしまいました。他は、股関節と腰も軽く骨折してました。

さすがに４日間昏睡状態で、しばらく予断を許さない状況が続きいろいろ大変だったんですが、今では歩けるし、ご飯も食べれるようになり、本当に奇跡です。

それが、約２年半前の出来事です。

ありがとうございました。

回答No.1

noname#213462

約5787J（ジュール）の運動エネルギーになります。

お礼

ジュールと言う単位を初めて知りました！
ウィキペディアで調べこれまた、驚きの数字でびっくりしました。
勉強になります！
ご回答ありがとうございました。