Οδηγίες
Διαβάστε προσεκτικά το σενάριο και παρατηρήστε τις εικόνες. Απαντήστε στις ερωτήσεις που ακολουθούν. Για κάθε ερώτηση, μπορείτε να ελέγξετε την απάντησή σας πατώντας το κουμπί "Έλεγχος Απάντησης".
Σενάριο
Η ποδηλασία είναι ένας εξαιρετικός τρόπος άσκησης και μετακίνησης, αλλά, όπως κάθε δραστηριότητα, ενέχει κινδύνους. Ο πιο σοβαρός κίνδυνος είναι ένας τραυματισμός στο κεφάλι. Γι' αυτό, η χρήση κράνους είναι ζωτικής σημασίας. Αλλά πώς ακριβώς μας προστατεύει ένα κομμάτι πλαστικού και αφρού; Η απάντηση βρίσκεται στις βασικές αρχές της Φυσικής.
Όταν συμβαίνει ένα ατύχημα, το κεφάλι ενός ποδηλάτη που πέφτει έχει μια συγκεκριμένη ορμή. Κατά την πρόσκρουση στο έδαφος, αυτή η ορμή μηδενίζεται σχεδόν ακαριαία. Σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα, η δύναμη που ασκείται σε ένα αντικείμενο είναι ανάλογη με τον ρυθμό μεταβολής της ορμής του. Μια πολύ γρήγορη αλλαγή στην ορμή (μικρός χρόνος πρόσκρουσης) σημαίνει την ανάπτυξη μιας τεράστιας δύναμης. Αν αυτή η δύναμη ασκηθεί απευθείας στο κρανίο, μπορεί να προκαλέσει σοβαρή εγκεφαλική βλάβη.
Εδώ ακριβώς παρεμβαίνει το κράνος. Ένα σύγχρονο κράνος ποδηλάτου αποτελείται από δύο βασικά μέρη: ένα σκληρό εξωτερικό κέλυφος (συνήθως από πολυανθρακικό πλαστικό) και ένα παχύ εσωτερικό στρώμα από διογκωμένη πολυστερίνη (EPS), έναν τύπο σκληρού αφρού. Ο ρόλος του εξωτερικού κελύφους είναι διπλός: πρώτον, επιτρέπει στο κράνος να γλιστρήσει πάνω στην επιφάνεια πρόσκρουσης, μειώνοντας τις περιστροφικές δυνάμεις που ασκούνται στον εγκέφαλο, και δεύτερον, κατανέμει τη δύναμη της κρούσης σε μια μεγαλύτερη επιφάνεια του αφρού.
Ο πραγματικός ήρωας, όμως, είναι ο αφρός EPS. Αυτό το υλικό είναι σχεδιασμένο για να συμπιέζεται και να παραμορφώνεται μόνιμα κατά την πρόσκρουση. Καθώς ο αφρός συμπιέζεται, απορροφά ένα μεγάλο μέρος της κινητικής ενέργειας της κρούσης, μετατρέποντάς την σε θερμότητα και ήχο. Το πιο σημαντικό είναι ότι αυτή η διαδικασία συμπίεσης αυξάνει τον χρόνο που διαρκεί η πρόσκρουση. Αντί το κεφάλι να σταματήσει σε ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, το κράνος επιμηκύνει αυτόν τον χρόνο σε μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου. Μπορεί να μην ακούγεται μεγάλη διαφορά, αλλά αυτή η μικρή αύξηση του χρόνου πρόσκρουσης μειώνει δραματικά τη μέγιστη δύναμη που φτάνει τελικά στο κρανίο, συχνά κάτω από το όριο που προκαλεί σοβαρό τραυματισμό. Γι' αυτόν τον λόγο, ένα κράνος που έχει υποστεί ισχυρή πρόσκρουση πρέπει πάντα να αντικαθίσταται, καθώς ο αφρός έχει ήδη συμπιεστεί και έχει χάσει την ικανότητά του να απορροφά αποτελεσματικά την ενέργεια μιας επόμενης κρούσης.
Εικόνα 1: Διατομή κράνους
Εικόνα 2: Γράφημα δύναμης-χρόνου
Εικόνα 3: Κατανομή δύναμης
Ερώτηση 1
Σύμφωνα με το κείμενο και την Εικόνα 1, ποιος είναι ο κύριος ρόλος του στρώματος αφρού EPS σε ένα κράνος ποδηλάτου κατά τη διάρκεια μιας πρόσκρουσης;
Ερώτηση 2
Παρατηρήστε το γράφημα στην Εικόνα 2. Τι αντιπροσωπεύει το γεγονός ότι η καμπύλη «Με Κράνος» είναι πιο πλατιά (διαρκεί περισσότερο στον άξονα του χρόνου) σε σύγκριση με την καμπύλη «Χωρίς Κράνος»;
Ερώτηση 3
Μια εταιρεία διαφημίζει ένα νέο, επαναστατικό κράνος που είναι κατασκευασμένο από ένα εξαιρετικά σκληρό, άκαμπτο υλικό που δεν παραμορφώνεται καθόλου, ακόμη και σε ισχυρές προσκρούσεις. Χρησιμοποιώντας τις αρχές της Φυσικής που περιγράφονται στο σενάριο, εξηγήστε γιατί αυτό το σχέδιο μπορεί να είναι λιγότερο ασφαλές από ένα παραδοσιακό κράνος με αφρό EPS.