لسنوات طويلة مرت كان الاعتماد على حزام امان السيارة هو مصدر الأمان الأساسي لركاب السيارة. الا ان مع الحوادث التي تتعرض لها السيارات بصفة مستمرة وجد ان حزام الأمان بالرغم من انه حافظ على الاف الأرواح وانقذها من حوادث قاتلة الا انه لم يكن كافيا لحماية الأطفال بالاخص.
مثل احزمة الأمان هناك أيضا الوسادة الهوائية وهي عبارة عن وسادة ناعمة تنتفخ ضد أي تصادم يحدث للسيارة وهي متوفرة منذ عدة سنوات. تم تسجيل اول براءة اختراع للوسائد الهوائية كحماية للركاب من الصدمات في الطائرات وكان هذا خلال الحرب العالمية الثانية. في ثمانينات القرن العشرين ظهرت اول وسائد هوائية في السيارات.
منذ العام 1998 كل السيارات الحديثة التي تم بيعها في الولايات المتحدة أجبرت على ان تكون مزودة بوسائد هوائية لكل من السائق ولركاب. في يومنا هذا بينت الاحصائيات ان الوسائد الهوائية قللت من خطر الموت في التصادم المباشر بنسبة 30%. ثم جاء بعد ذلك وسائد هوائية مثبتة في الكراسي والابواب الجانبية. في يومنا هذا تقوم الشركات المصنعة للسيارات بتثبيت 6 واحيانا 8 وسائد هوائية لزيادة معدل الأمان في السيارة.
في هذا المقال من كيف تعمل الأشياء سوف نتحدث عن تقنية الوسائد الهوائية من ناحية فيزيائية ونشرح كيف تعمل.
قوانين الحركة Laws of Motion
في البداية نعلم ان كل جسم متحرك يمتلك عزم او كمية حركة momentum (وهي ناتجة عن حاصل ضرب كتلة الجسم في سرعته). ما لم تؤثر قوة خارجية على الجسم فان الجسم سوف يستمر في الحركة بنفس السرعة وفي نفس الاتجاه. السيارة تتكون من عدة اجسام هي السيارة نفسها والاجسام الحرة فيها وكذلك ركاب السيارة. اذا لم تكن هذه الاجسام مقيدة فانها سوف تستمر في الحركة بنفس سرعة السيارة حتى لو توقفت السيارة نتيجة تصادم.
إيقاف عزم او كمية حركة الجسم تتطلب قوة تعمل على فترة من الزمن. عند حدوث حادث تصادم فان القوة المطلوبة لايقاف الجسم كبيرة جدا لان كمية حركة السيارة تغيرت فجأة بينما الركاب لم تتغير لعدم وجود الوقت الكافي لذلك. الهدف من أنظمة المقاومة الإضافية هو مساعدة الركاب على التوقف مع احداث اقل ضرر ممكن لهم.
عمل الوسادة الهوائية airbag هو تقليل سرعة الركاب حتى الصفر بدون احداث ضرر يذكر. وصعوبة الموقف هو ان الحيز بين الركاب ومقود السيارة او لوحة القيادة صغير وكذلك المطلوب من الوسادة الهوائية ان تتصرف في جزء من الثانية حتى لا يكون إيقاف الركاب من خلال اصطدامهم في أجزاء السيارة الداخلية فجأة ويحدث ما لا يحمد عقباه.
الوسادة الهوائية المنتفخة Airbag Inflation
الهدف من الوسادة الهوائية هو تقليل سرعة اندفاع الركاب نحو الأمام بالقدر الممكن في جزء من الثانية. هناك ثلاثة أجزاء للوسادة الهوائية تعمل معا لتحقيق المطلوب:
الوسادة bag نفسها وهي مصنوعة من قماش نايلون رقيق مطوي في داخل عجلة القيادة او في لوحة القيادة او حتى على الكراسي والابواب.
المستشعر sensor وهو جهاز يعطي الإشارة للكيس ليتضخم. يحدث التضخم عندما يكون هناك قوة اصطدام تساوي اصطدام سيارة بسرعة 16 إلى 24 كليومتر في الساعة في جدار اسمنتي. ينقلب المفتاح الميكانيكي عندما يكون هناك إزاحة لكتلة قريبة من وصلة كهربية تعطي الإشارة للمستشعر ان تصادم قد حدث. يستقبل المستشعر المعلومة من مقياس تسارع مثبت على شريحة الكترونية ميكروية.
نظام نفخ inflation system الوسادة الهوائية يتفاعل ازيد الصوديوم (NaN3) مع نترات البوتاسيوم (KNO3) لينتج عنهما غاز النيتروجين. الانفجار الساخن يعمل على نفخ الوسادة.
ركزت البحوث المبكرة على إنجاح فكرة الوسائد الهوائية على عدة نقاط هي
1. هل يوجد في السيارة مكان كافي لوضع أسطوانة غاز
2. هل يمكن ان يبقى الغاز محصورا عند ضغط مرتفع طول فترة حياة السيارة دون ان يتسرب
3. كيف يمكن صناعة وسادة يمكنها ان تتمدد بسرعة كبيرة وتعمل في مختلف درجات الحرارة.
استخدم لنظام النفخ وقود صلب وقادح، وهما اساسيان لبدأ التفاعل الكيميائي الذي ينتج غاز النيتروجين الذي ينفخ الوسادة. يحترق الوقود الصلب بسرعة كبيرة جدا ليحدث فراغ كبير من الغاز ليقوم بنفخ الوسادة. وفي النهاية تنفجر الوسادة الهوائية وتخرج من مخزنها بسرعة تصل إلى 322 كيلومتر في الساعة اسرع من رمشة عين. بعد ثانية يتبدد الغاز من فتحات صغيرة جدا ليفرغ من النيتروجين ويمكن ازاحته وتحريكه بسهولة.
حتى ما ان العملية كلها تحدث في 1/52 من الثانية الا انها تساهم بشكل كبير في منع حدوث إصابة بالغة. ونتمنى السلامة للجميع.
هذا الفيديو يوضح كيف تعمل الوسادة الهوائية
مع تحياتي
د./ حازم فلاح سكيك
