二輪車衝突時の頭部の動き

質問

こんにちは、自動車事故が起きた際の頭部の動き方につき、教えて頂きたいことがあります。

ダミー人形を使った衝突実験などはインターネット上でも公開されており、例えば、ダミー人形を乗せた自動二輪車を動いている四輪車の側面に衝突させるという実験などがあり、この場合、二輪車には慣性の法則が働いているため、四輪車の側面に二輪車の前輪が衝突した後、乗員はそのまま、前に突っ込み、自動車の側面に頭部を衝突させることになる。という実験などがあります。

一方で、二輪車の側面に自動車が衝突した場合、二輪車の乗員の頭部の動きはどのようになるのでしょうか？具体的には、二輪車、四輪車（通常のセダンタイプの自動車と考えて下さい。）とも、動いている状態での衝突です。また、衝突部位は、二輪車の方の部位は、座席よりも低い位置で四輪車の衝突部位は車両前部のナンバープレートあたりと考えて下さい。つまり、二輪車の乗員の重心位置よりも低い位置で衝突していると考えて下さい。

私としましては、この場合に働く力としましては、まず、慣性の法則により、二輪車には衝突前に進行していた方向へ動き続ける力が働くことになると思います。他方で、力のモーメントの働きにより、衝突後、二輪車の乗員の重心よりも上の頭部を含んだ部分が衝突を原因として回転し、四輪車のボンネットの方へ倒れる力が働く、つまり、四輪車の進行方向とは逆向きの力が働くことになると思います。そうすると、例えば、衝突の仕方が、二輪車の進行方向に対して、四輪車が垂直に衝突したとした場合、二輪車の乗員の頭部にかかる力は、二輪車が衝突前に進行していた方向へ向かう力と、四輪車の進行方向とは逆ベクトルの力との合成になるのではないかと思います。つまり、二輪車の右側面に四輪車が衝突した場合、二輪車の乗員の頭部は、二輪車の進行方向から見て、右斜め前に向かって動くのではないか？と思います。現実には空気抵抗や摩擦等があると思い、正確に右斜め前に進むとは言えないとは思いますが、基本的な部分として、この考えは誤っておりますでしょうか？どなたかご教授ください。

回答No.1

noname#195146

二輪車の進行方向に対して、垂直方向から四輪車が二輪車側面に衝突するという想定ですね。

　二輪車の進行方向には衝突の力は垂直であるため影響はなく、進行方向の速度は維持でいいでしょう。

　すると垂直方向を考えられれば、進行方向の速度合成して、トータルの動きを考えられることになります。

　単純化のため、オートバイの上下方向の重心で考えます。それが四輪車が衝突する上部より高いかどうかです。

　　｜←重心より高い位置で四輪車が衝突
重心・
　　｜←重心より低い位置で四輪車が衝突
―――――――
　道路面

　もし二輪車の重心を含めて四輪車が衝突すれば、並進方向だけ考えればいいでしょう。二輪搭乗者の頭部は、慣性の法則により、二輪車、搭乗者胴体より遅れて加速を開始します。

　二輪車から搭乗者が力を受けなくなれば（放り出されるより前にそうなりそう）、今度は搭乗者の重心を中心とした動きになり、回転運動も加わります。

　すると道路に静止して上から見ているとして、衝突開始から言うと、まず頭部は高さを保ったまま衝突と反対方向で、二輪車や胴体に遅れながらも、並進方向の運動として二輪車の進行方向へ動き始めます。

　次に、搭乗者の重心周りの回転が加速度を持って始まるため、自由落下より速く頭部は低くなりつつ、その回転の水平方向の寄与は並進とは逆方向の速度を持つため、頭部の最初の並進方向の速度を減じる、あるいはさらに逆方向（衝突してきた車の方向）へ移動していきます。

　四輪車が二輪車の重心より低い位地に衝突すれば、上記での並進方向の運動を持つことなしに、回転運動の部分と同様の運動を最初から起こすことになります。

　もし二輪搭乗者より高くて前面が平面的な四輪車（ワンボックスカー等）であれば、回転運動の部分は起きず、並進運動のみとなります。これは最も単純な場合と思われます（本来なら、こういうモデルから出発するべきですが、説明の便宜上、最後にしました）。

　このようになると考えられますので、お示しの頭部の移動モデルは、最後に申し上げた、二輪搭乗者より高くて前面が平面的な四輪車の場合に相当すると思います。