Como funcionam os cintos de segurança

Um motorista coloca o cinto de segurança. Veja mais fotos de segurança automotiva. SABAH ARAR / AFP / Getty Images

De acordo com um relatório de pesquisa do National Highway Traffic and Safety Administration, os cintos de segurança salvam aproximadamente 13.000 vidas nos Estados Unidos a cada ano. Além disso, a NHTSA estima que 7.000 fatalidades em acidentes de carro nos EUA teriam sido evitadas se as vítimas estivessem usando cintos.

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Embora os cintos de segurança ocasionalmente contribuam para ferimentos graves ou morte, quase todos os especialistas em segurança concordam que colocar o cinto de segurança aumenta drasticamente suas chances de sobreviver a um acidente. De acordo com a NHTSA, os cintos de segurança reduzem o risco de morte de um ocupante do banco da frente em cerca de 50 por cento.

Quando você pensa sobre isso, isso é absolutamente incrível: como um pedaço de tecido pode acabar sendo a diferença entre a vida e a morte? O que isso realmente faz? Neste artigo, examinaremos a tecnologia dos cintos de segurança para ver por que eles são uma das tecnologias mais importantes em qualquer carro.

A idéia básica de um cinto de segurança é muito simples: ele evita que você voe pelo para-brisa ou salte em direção ao painel quando o carro para de repente. Mas por que isso aconteceria em primeiro lugar? Em suma, por causa de inércia.

A inércia é a tendência de um objeto de continuar se movendo até que algo mais trabalhe contra esse movimento. Colocando de outra forma, a inércia é a resistência de cada objeto em mudar sua velocidade e direção de viagem. As coisas naturalmente querem continuar.

Se um carro está acelerando a 50 milhas por hora, a inércia quer mantê-lo indo a 80 km / h em uma direção. A resistência do ar e o atrito com a estrada estão constantemente diminuindo a velocidade, mas a potência do motor compensa essa perda de energia.

Tudo o que está no carro, incluindo o motorista e os passageiros, tem sua própria inércia, que é separada da inércia do carro. O carro acelera pilotos à sua velocidade. Imagine que você está navegando a uma velocidade constante de 50 milhas por hora. Sua velocidade e a velocidade do carro são praticamente iguais, então você sente que você e o carro estão se movendo como uma única unidade.

Mas se o carro batesse em um poste telefônico, seria óbvio que sua inércia e a do carro eram absolutamente independentes. A força da vara faria o carro parar abruptamente, mas sua velocidade permaneceria a mesma. Sem o cinto de segurança, você iria bater no volante a 80 quilômetros por hora ou sair voando pelo para-brisa a 80 quilômetros por hora. Assim como o mastro diminuiu a velocidade do carro, o painel, o para-brisa ou a estrada o atrasariam ao exercer uma enorme quantidade de força.

É fato que não importa o que aconteça em um acidente, alguma coisa teria que exercer força sobre você para atrasá-lo. Mas dependendo de onde e como a força é aplicada, você pode ser morto instantaneamente ou pode sair ileso do dano.

Se você bater no pára-brisa com a cabeça, o poder de parada se concentrará em uma das partes mais vulneráveis ​​do corpo. Também o impede muito rapidamente, uma vez que o vidro é uma superfície dura. Isso pode facilmente matar ou ferir gravemente uma pessoa.

Um cinto de segurança aplica a força de parada a partes mais duráveis ​​do corpo por um longo período de tempo. Na próxima seção, veremos como isso reduz as chances de lesões graves.

Na última seção, vimos que sempre que um carro para de repente, um passageiro também para. O trabalho do cinto de segurança é espalhe a força de parada em partes mais resistentes do seu corpo, a fim de minimizar os danos.

Um cinto de segurança típico consiste em um cinto de segurança, que repousa sobre sua pélvis, e um cinto de ombro, que se estende pelo seu peito. As duas seções do cinto são firmemente presas à estrutura do carro para manter os passageiros em seus assentos.

Quando o cinto é usado corretamente, ele aplica a maior parte da força de parada nas costelas e na pelve, que são partes relativamente robustas do corpo. Como os cintos se estendem por uma ampla seção do corpo, a força não está concentrada em uma pequena área, portanto, não pode causar tantos danos. Além disso, o cinto de segurança Membrana é feito de um material mais flexível do que o painel ou para-brisa. Ela se estende um pouco, o que significa que a parada não é tão abrupta. O cinto de segurança não deve ceder mais do que um pouco, ou você pode bater no volante ou na janela lateral. Os cintos de segurança seguros só permitem que você mude ligeiramente para a frente.

De um carro zonas de dobra faça o verdadeiro trabalho de suavizar o golpe. Zonas de deformação são áreas na frente e na traseira de um carro que desabam com relativa facilidade. Em vez de todo o carro parar abruptamente ao bater em um obstáculo, ele absorve parte da força do impacto ao se achatar, como uma lata de refrigerante vazia. A cabine do carro é muito mais resistente, por isso não se dobra entre os passageiros. Ele continua se movendo brevemente, esmagando a frente do carro contra o obstáculo. Claro, as zonas de deformação só o protegerão se você se mover com a cabine do carro - isto é, se você estiver preso ao assento pelo cinto de segurança.

O tipo mais simples de cinto de segurança, encontrado em algumas montanhas-russas, consiste em uma tira de tecido aparafusada ao corpo do veículo. Esses cintos prendem você firmemente contra o assento o tempo todo, o que é muito seguro, mas não particularmente confortável.

Os cintos de segurança dos automóveis têm a capacidade de estender e retrair -- você pode inclinar-se para frente facilmente enquanto o cinto permanece bastante tenso. Mas em uma colisão, o cinto de repente se aperta e o mantém no lugar. Na próxima seção, veremos o mecanismo que torna tudo isso possível.

Uma mola em espiral gira o carretel para manter a correia do cinto de segurança esticada.

Em um sistema de cinto de segurança típico, a correia do cinto é conectada a um mecanismo retrator. O elemento central do retrator é um carretel, que é preso a uma das extremidades da correia. Dentro do retrator, uma mola aplica uma força de rotação, ou torque, para o carretel. Isso funciona para girar o carretel para que enrole qualquer teia solta.

Quando você puxa a teia para fora, o carretel gira no sentido anti-horário, o que gira a mola presa na mesma direção. Efetivamente, o carretel giratório funciona para destorcer a primavera. A mola quer retornar à sua forma original, por isso resiste a esse movimento de torção. Se você soltar a teia, a mola vai apertar, girando o carretel no sentido horário até que não haja mais folga na correia.

O retrator tem um Mecanismo de tranca que impede a rotação do carretel quando o carro se envolve em uma colisão. Existem dois tipos de sistemas de bloqueio em uso comum hoje:

• sistemas desencadeada pelo movimento do carro
• sistemas desencadeada pelo movimento do cinto

O primeiro tipo de sistema trava o carretel quando o carro rapidamente desacelera (quando atinge algo, por exemplo). O diagrama abaixo mostra a versão mais simples deste design.

O elemento operacional central neste mecanismo é um pêndulo ponderado. Quando o carro para de repente, a inércia faz o pêndulo oscilar para a frente. o lingueta na outra extremidade do pêndulo segura um dentado engrenagem de catraca anexado ao carretel. Com a lingueta segurando um de seus dentes, a engrenagem não pode girar no sentido anti-horário, nem o carretel conectado. Quando a teia se solta novamente após a colisão, a engrenagem gira no sentido horário e a lingueta desengata.

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O segundo tipo de sistema trava o carretel quando algo empurra a correia do cinto. A força de ativação na maioria dos projetos é a velocidade de rotação do carretel. O diagrama mostra uma configuração comum.

O elemento operacional central neste projeto é um embreagem centrífuga -- uma alavanca pivotante pesada montada no carretel giratório. Quando o carretel gira lentamente, a alavanca não gira. Uma mola o mantém na posição. Mas quando algo puxa a teia, girando o carretel mais rapidamente, força centrífuga empurra a extremidade pesada da alavanca para fora.

A alavanca estendida empurra um cam peça montada na carcaça do retrator. O came é conectado a uma lingueta giratória por um pino deslizante. Conforme o came muda para a esquerda, o pino se move ao longo de uma ranhura na lingueta. Isso puxa a lingueta para a engrenagem giratória da catraca presa ao carretel. A lingueta trava nos dentes da engrenagem, impedindo a rotação no sentido anti-horário.

Em alguns sistemas de cinto de segurança mais novos, um pretensor também serve para apertar a correia do cinto. Na próxima seção, veremos como esses dispositivos funcionam.

Quando o gás é aceso, a pressão empurra o pistão para cima para girar o retrator.

A ideia de um pré-tensor é apertar qualquer folga na correia do cinto em caso de colisão. Considerando que o mecanismo de travamento convencional em um retrator impede que o cinto se estenda mais, o pré-tensor na verdade puxa o cinto. Essa força ajuda a mover o passageiro para a posição de impacto ideal em seu assento. Os pré-tensores normalmente trabalham junto com os mecanismos de travamento convencionais, não no lugar deles.

Existem vários sistemas de pré-tensores diferentes no mercado. Alguns pré-tensores puxam todo o mecanismo retrator para trás e alguns giram o próprio carretel. Geralmente, os pré-tensores são conectados ao mesmo processador de controle central que ativa os airbags do carro. O processador monitora mecânicos ou eletrônicos sensores de movimento que respondem à desaceleração repentina de um impacto. Quando um impacto é detectado, o processador ativa o pré-tensor e, em seguida, o air bag.

Alguns pré-tensores são construídos em torno de motores elétricos ou solenóides, mas os projetos mais populares hoje usam pirotecnia para puxar a correia do cinto. O diagrama abaixo mostra um modelo representativo.

O elemento central neste pré-tensor é uma câmara de gás combustível. Dentro da câmara, há uma câmara menor com explosivos acendedor material. Esta câmara menor é equipada com dois eletrodos, que são conectados ao processador central.

Quando o processador detecta uma colisão, ele imediatamente aplica uma corrente elétrica nos eletrodos. A faísca dos eletrodos acende o material de ignição, que entra em combustão para acender o gás na câmara. O gás em combustão gera uma grande pressão externa. A pressão empurra um pistão descansando na câmara, conduzindo-o para cima em alta velocidade.

Uma engrenagem de cremalheira é presa a um lado do pistão. Quando o pistão dispara, a engrenagem da cremalheira engata uma engrenagem conectada ao mecanismo do carretel do retrator. O rack de velocidade gira o carretel com força, enrolando qualquer correia do cinto frouxa.

Em acidentes graves, quando um carro colide com um obstáculo em velocidade extremamente alta, o cinto de segurança pode causar sérios danos. Conforme a velocidade inercial do passageiro aumenta, é necessária uma força maior para fazê-lo parar. Em outras palavras, quanto mais rápido você atinge o impacto, mais forte o cinto de segurança vai empurrar você.

Alguns sistemas de cinto de segurança usam limitadores de carga para minimizar os ferimentos causados ​​pelo cinto. A ideia básica de um limitador de carga é liberar um pouco mais do excesso da correia quando uma grande quantidade de força é aplicada à correia. O limitador de carga mais simples é um dobra costurado na correia do cinto. Os pontos que prendem a dobra no lugar são projetados para quebrar quando uma certa quantidade de força é aplicada à correia. Quando os pontos se desfazem, a teia se desdobra, permitindo que o cinto se estenda um pouco mais.

Limitadores de carga mais avançados contam com um barra de torção no mecanismo retrator. Uma barra de torção é apenas um pedaço de material metálico que torção quando força suficiente é aplicada a ele. Em um limitador de carga, a barra de torção é presa ao mecanismo de travamento em uma extremidade e o carretel rotativo na outra. Em um acidente menos grave, a barra de torção manterá seu formato e o carretel travará junto com o mecanismo de travamento. Mas quando uma grande força é aplicada à correia (e, portanto, ao carretel), a barra de torção torce ligeiramente. Isso permite que a teia se estenda um pouco mais.

Ao longo dos anos, os cintos de segurança provaram ser, de longe, o dispositivo de segurança mais importante em carros e caminhões. Eles não são de forma alguma infalíveis, entretanto, e os engenheiros de segurança veicular veem muito espaço para melhorias no design atual. No futuro, os carros serão equipados com melhores cintos, melhores airbags e, muito provavelmente, tecnologia de segurança completamente nova. Claro, o governo ainda terá que resolver o maior problema com os dispositivos de segurança - fazer com que as pessoas os usem.

Para mais informações sobre cintos de segurança e outros sistemas de segurança, confira os links na próxima página.

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Mais ótimos links

• Administração Nacional de Segurança de Tráfego Rodoviário
• Federal Highway Administration
• Instituto de seguros para segurança rodoviária
• Coalizão automotiva para segurança no trânsito
• Car-Safety.org