神木撞上灯柱的问界，139千米时速到底是不是真的？

我们之前针对尊界的刹车踏板，连发了两篇解读文章：第1篇解读踏板本身，第2篇则关注中汽研出具的质检报告。 从阅读总量来看，这谈不上是我们写的阅读量最多的文章，但是从读者的反应来看，却很可能是有史以来质量最高最被认可的文章。 非常感谢大家的支持。 本来我们觉得事情到这儿就可以结束，可是偏偏另外一家企业又出了事：问界的一辆汽车在神木与信号灯杆碰撞，并在两三秒钟之后便起火，造成驾驶员死亡。 现场的视频被传到了网上，而该企业发表声明如下： 图源网络 这篇声明在网上激起了相当多的质疑。除了对于车门和电池方面的质疑，最大的一部分就是那个速度：到底有没有139.1千米？ 这确实不能怪网友质疑，毕竟本地人把这个灯柱的照片传了上去： 图源网络 所以凭直觉很多人也觉得不对劲：要真是这么高的速度撞上去，怎么灯柱什么损伤都没有呢？也正因为如此，这个灯柱被封为“玄武圣地”，人们纷纷前来观看，然后就被围了起来，禁止参观。 这个直觉当然是有道理的，本身直觉也应该是工程的一部分，但是毕竟科学是科学，我们还是要有更严谨的说明。我也确实没有看到特别全也特别正确的分析，所以便忍不住想做一篇。 我们先说一下思路： 最终目的是要算出碰撞速度和过路口的速度，以便检验139.1这个数字到底对不对。于是首先要算碰撞的速度，对这个会用两种方法：第1是根据灯柱的力学性能反推，看看在保证灯柱没什么损伤的情况下，究竟最大能允许的速度有多大，第二则是根据已经公开的视频的图像来反推。 我们也说明一下，为了保证计算的严谨，我们会按照意向性分析的精神来选定参数，也就是说我们会有意选择对制造商更有利，而不是更不利的假设。 1、基于灯柱的力学性能的计算 首先我们可以看到，这个灯柱是两根杆平行着竖立并在中间用横杆连在一起。虽然如此，中间的这根杆首先往往并不实焊，能传递的力有限，其次，如果真要是承受冲击的话，最主要的其实还是车撞上的那根杆。所以我们就分析这一根杆。 这种市政的灯柱往往用的是空心的方管钢型材，涉及到三个重要的参数：第一是钢材本身的牌号，往往用强度表示，比如Q235就表示强度为235兆帕。通常情况下，市政也不会用更高级别的钢材，于是我们就假定材料为Q235。 第2个重要指标是边长，这个将决定钢材有多粗。现场的这张图片给了我们很大的帮助： 图源网络 这种灰色的地砖想必大家在每个城市都见过，它的尺寸是200×100，或者说20厘米×10厘米。于是根据对比，我们可以发现这根灯柱用的钢也不过15厘米的边长，而这也恰好是方刚管的标准尺寸之一。我们为贯彻意向性分析的精神，往大了取，取成200。 第3个重要的指标是壁厚，可想而知，是越厚越结实。市政方面用的钢管通常壁厚在4毫米到10毫米之间，他们也发展出来了一套简称，几毫米壁厚就是几“个”，比如8毫米就是8个。考虑到这是一个支撑着全套交通信号灯的大灯柱，显然属于强度要求比较高的那种，于是我们直接把壁厚取到最大，10毫米，以便贯彻意向性分析的精神。这也就意味着内径b是130mm 确定这些东西，我们就可以进行计算了。 这里又涉及到两种方法，我们两个都做： 1.1基于碰撞受力和平面弯曲的计算： 这个杆的力学模型并不是太复杂：一端固定在地上，另一端从撞车的受力点起施加一个平行于地面方向的碰撞力。我们可以看到这是典型的平面弯曲问题，首先要确定它的力矩。 根据动量守恒公式可知，碰撞时的力应该是： F=mV/t 于是力矩应该是： M=Fl 碰撞中心与地面的距离，我们假定碰撞的中心大致是前脸的中部，那就可以取成0.5米；问界M9的重量m我们就取3吨；碰撞的时间我们取0.25秒，这个数对于制造商已经不能太友善了，通常情况下只是一毫秒左右的事。这些数我们都先留着，待会再带入，毕竟我们核心是要求出速度V. 接下来就是，灯柱能承受多大的弯曲呢？ 首先我们要确定加力的方向，这个很关键，比如我们拿一把尺子，放水平了掰和竖着掰完全是两个效果，这个很直观地就能感受到。 下面的这张图片给了我们很大的帮助，可以看到汽车起火后高温将周围的地面烧焦了，于是就像犯罪现场的尸体一样，留下了印记，告诉我们这辆车究竟是以什么姿势撞上去的。 图源网络 我们可以看出车是斜着撞上去的，也就是说施力的方向大致是沿着这个正方形的对角线方向。如果画出图来是这样： 红色便是加力的方向，而绿色的虚线则代表所谓的中性轴，这个是很重要的，因为我们会根据这个计算它的惯性矩。接下来一段内容都和材料力学有关，如果不感兴趣可以往后跳，直接看结论： 所谓中性轴是什么意思？就是在施加这个弯矩的时候，整个结构会以它为中心“旋转”，比如对于这个图，绿色的线左边施加的就是拉应力，而右边就是压应力。我们不难想到，承受拉应力最大的就是最左侧的那个端点，而承受压应力最大的就是最右侧的那个端点。可以看到这两个端点对于中心轴的距离是： Y=√2/