在有安全膜的汽车里如何逃生-南宁十四中.doc

在有安全膜的汽车里如何逃生？ 陈富国1 张殷2* 通讯联系人，E-mail:zhangyin419@ （1.广西南宁市十四中 南宁 530022 ； 2.广西师范大学物理科学与技术学院 桂林 541004） 2010年香港同胞在菲律宾遭劫持的事件中惨烈的景象令人悲痛，而菲律宾警方在营救过程中长时间打击车窗仍无法进入车内的情景也给人留下了深刻的印象。除了营救工具和手段的不得力外，如何解释车窗如此难以突破？而最近丛飞遗孀在高速公路上被路边不明身份的人扔出的石块击穿前挡风玻璃击中，抢救无效死亡的消息，令大家悲痛万分。此时为何车窗又如此不堪一击？忍住悲痛，让我们来逐一分析其中的科学道理。 图2 图1 现代汽车上使用的都不是我们一般窗子上用的普通玻璃，而是强度更大且破碎后不易伤人的钢化玻璃。但即使是这样，在比较剧烈的撞击下破碎的玻璃飞溅出来依然是造成人员受伤的主要原因之一。据统计，在地震、飓风和爆炸等破坏中，三分之二的伤亡是因类似玻璃碎片飞溅的二次伤害而致成。 图3 在猛烈的撞击下，要让玻璃不碎裂，即使是钢化玻璃也几乎不可能（如图1）。但只要加上一层0.2mm厚的薄膜（图2），玻璃抗冲击强度和使用的安全性就能大大提高，使玻璃在受到强外力作用时，玻璃碎裂但不飞溅，甚至能多次承受强外力作用（如图3）。 F 薄膜 玻 璃 图4 之所以能够如此，正是很好的利用了钢化玻璃和防爆膜（安全膜）它们各自的优势互补了各自的劣势。钢化玻璃具有很强的硬度，但是韧性、抗张力很差，局部受强力易开裂。虽然开裂边缘会比一般玻璃钝化一些，但是仍然是很锋利的。特别是在受到外物冲击下，能量的传递还能使碎裂的玻璃碎片像子弹一样飞出去。而有机高分子膜虽然薄，但是柔软且韧性好，抗张力很强。将玻璃和薄膜紧密结合在一起正如混凝土与钢筋的结合，一个抗压一个抗拉。如图4，从玻璃侧施力时，薄膜主要承受拉力，玻璃主要承受压力，使得整体不易形变和破碎。 当外物冲击强度大到使玻璃局部产生碎裂而凹陷时，贴在玻璃内侧的薄膜可以把力均匀的分解到各个方向，再加上薄膜自身有一定的延展性，有更长的距离来缓冲，使得整体更不易被洞穿。 的侧玻璃子膜所以，汽车前挡风玻璃普遍使用经过高温高压处理的玻璃和薄膜结合成一体的夹层玻璃。一家汽车玻璃生产厂家曾做过破坏性试验，将钢球从不同高度以自由落体落下，砸在玻璃上，结果如下： 玻璃种类玻璃尺寸玻璃厚度钢球质量玻璃恰好被砸碎的钢球释放高度钢化玻璃300mm×300mm5mm227g2.5～3m夹层玻璃300mm×300mm5mm227g约10m出于防盗的考虑，不少车主也给车侧窗的钢化玻璃内部加贴一层安全膜。安装了达标的玻璃安全膜的汽车，即使是用锤子、铁棍猛击车窗外侧，都不易将玻璃击碎。 如果没有夹层玻璃作为前挡风玻璃，迎面而来的石块对高速公路上疾驰的车辆是致命的。在前面提到的破坏性实验中，从大约10m高度自由落下的钢球能破坏夹层玻璃。我们来估算一下，设一辆在高速公路上疾驰的汽车速度约为120km/h，假设石头是迎着汽车投掷出来的，石头对地速度约为10m/s。那么石头相对汽车的速度约为43m/s。10m高度自由落下的钢球在即将接触玻璃时的速度约为14 m/s。纯铁的密度为7.8g/cm3,钢球密度由于添加了镍等成分会略高一些。各种不同的石头密度大部分处在2.5～3.3之间。按 速度：v石≈3v球 密度：ρ石≈ρ球/3 来估算，对相同体积V的钢球和石块：ρ石V v石≈ρ球Vv球 即m石v石≈m球v球 此时同样大小的石块撞击挡风玻璃时可以产生和钢球从10米高度自由落下一样的冲量。同样体积意味着石块与钢球在与玻璃撞击时有近似相等的接触面积，而事实上石头还可能形状不规则有棱角使接触面积更小，产生更大的压强。这时夹层玻璃都能被石头击碎，无贴膜的钢化玻璃就只有被洞穿的下场了。 F 薄膜 玻 璃 图5 不过我们反过来想一想，当有意外情况出现，车内的人员要破窗紧急逃生从车内出来，有了结实的安全膜，岂不是反而成了自???的蚕茧？从前面的分析知道前挡风玻璃强度比车侧窗的钢化玻璃大得多，要选择从车侧窗的钢化玻璃突破。而侧窗的钢化玻璃贴上安全膜以后也坚固无比，怎么办呢？对比图4，从图5我们可以看出，如果从薄膜侧施力，玻璃将要承受拉力，薄膜也起不到抗拉的作用，这时与突破无安全膜的钢化玻璃几乎无异。事实上，安全膜贴在车内部是起到单向防护的作用，从外部很难砸破，但从内部却不难。薄膜韧性虽好，但有尖锐的物体