用物理知识计算 人的头部被撞击时的受力

冲量和动量

1.冲量：力和时间的乘积在物理中称为冲量（Ft)，表示力在一段时间或位移中持续发生的作用。冲量是矢量，单位是牛秒。2. 动量定理物体所受的冲量等于它的动量的增量。公式：Ft= m(v2-v1)=mv2-mv1

一、人与小汽车相撞

某人体重60KG，被时速50公里/小时（折合13.8m/s）汽车撞击后，头部砸向风挡玻璃，头部受力计算。

1、假设1/10的体重由头部承受，撞击后头部相对地面静止，速度为零

利用动量计算冲量

Ft= m(v2-v1)=6kg*（13.8-0）m/s=82.8kg.m/s

①假设行人与汽车撞击的位移为5m，由距离=速度*时间得到l= V*t，v=l/t即13.8m/s=5m/t，得出t=0.36s。

由此看出，撞击时位移越短，时间越短。就像电影表演一样，如果人与车辆同方向，速度越接近，受力越小。

F= m(v2-v1) /t=(82.8kg.m/s)/0.36s=230kg.m/s2=230N（N为力学单位牛顿，1公斤定义为9.8牛顿，相当于23.47公斤）。

说明人的脑部相当于受到23.47公斤重物撞击

②假设行人与汽车撞击的位移为2m，由v=l/t即13.8m/s=2m/t，得出t=0.145s。

F= m(v2-v1) /t=(82.8kg.m/s)/0.145s=230kg.m/s2=571N（相当于58.27公斤）。

遭此情况，行人头部被猛烈撞击，损伤十分严重。

二、人与地面或其他物体

某人60KG，乘坐时速30公里/小时（折合8.3m/s）电动自行车，因故碰撞后车辆倒地，头部砸向树干、电线杆或者地面，头部受力计算。

假设1/10的体重由头部承受，撞击后头部相对地面静止，速度为零

Ft=6kg*（8.3-0）m/s=49.8kg.m/s

假设行人与树干等撞击的位移为0.5m，根据速度V=l/t即8.3m/s=0.5m/t，则t=0.06s

因此受到撞击力F=(49.8kg.m/s)/0.06s=830（kg.m/s2），相当于84.69公斤。

事故案例证明，驾车者头部将严重受损，生还可能性极小。

以上2个计算说明，安全帽对于驾驶电动自行车或者摩托车人员的头部保护十分重要。