Come funzionano le cinture di sicurezza e quando si attiva il pretensionatore?

Le cinture di sicurezza sono il principale dispositivo di protezione per chi si trova in un'automobile, limitando impatti e lesioni al nostro corpo in caso di incidente. Funzionano grazie a un particolare meccanismo che si blocca in caso di tensione e al pretensionatore, un salvavita che stringe la cinghia al corpo in caso di incidente. In Italia l'obbligo di indossare le cinture anteriori esiste dal 1988; l'obbligo di cinture posteriori è arrivato nel 2006.

L’esperienza ci insegna che le cinture di sicurezza ci spingono verso il sediolino quando tiriamo velocemente la cinghia oppure in caso di frenate brusche, mentre lo stesso meccanismo non sembra funzionare se ci sporgiamo piano piano in avanti sul sedile. Come è possibile? Nel primo caso il comportamento dipende dalla variazione della velocità della cinghia, mentre nel secondo da quella dell’auto.

Meccanismo #1: Quando tiriamo la cinghia troppo velocemente

La cinghia si avvolge intorno a una bobina, arrotolandosi come un nastro. Questo nastro è collegato a un meccanismo di riavvolgimento che funziona con una molla a spirale (contenuta nella parte grigia che si vede nella prossima foto). Quando allunghiamo la cinghia andiamo contro la resistenza della molla che tende sempre a ritornare nella sua posizione iniziale e quindi a riportare la cinghia tesa.

Il primo sistema di sicurezza lavora proprio insieme alla molla. Il suo funzionamento si basa sulla forza centrifuga. Intorno al meccanismo della bobina ci sono due leve che girano nello stesso verso in cui gira la cinghia quando si srotola normalmente e che sono tenute in posizione dalla forza della molla. Se tiriamo la cinghia in maniera lenta e costante, le leve girano senza problemi insieme a essa. Se la tiriamo bruscamente forniamo alle leve un'elevata forza centrifuga, che supera la resistenza della molla e che spinge queste leve verso l'esterno della loro traiettoria circolare. Quando le leve  vanno a bloccarsi nei denti dell'ingranaggio e il meccanismo di scorrimento della cinghia viene bloccato.

Meccanismo #2: Quando l'auto frena bruscamente

Anche il secondo sistema di sicurezza si trova nel riavvolgitore. Questo secondo meccanismo funziona con un sistema a cricchetto. Abbiamo una ruota dentata e un dente che consente alla ruota di muoversi solo in una direzione, mentre nella direzione opposta blocca il movimento.

Il dente si muove grazie al cosiddetto pendolo ponderato. Quando l'auto si ferma improvvisamente, l'inerzia fa oscillare il pendolo. Con il movimento del pendolo il dente si sbilancia e va a bloccare il movimento della ruota dentata. Anche in questo caso quindi il meccanismo di scorrimento della cinghia viene bloccato e il passeggero, che in caso di frenata sarebbe spinto in avanti per inerzia, viene bloccato dalla cintura di sicurezza tesa.

Si può trovare lo stesso meccanismo di sicurezza in diverse varianti. Una variante diffusa è quella che funziona con delle piccole sfere di acciaio che sono libere di muoversi nel loro binario al di sotto della ruota dentata. Se la macchina frena bruscamente le sfere vengono spinte in alto e bloccano l'ingranaggio.

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Il pretensionatore: come funziona questo sistema di sicurezza

Il vero e proprio salvavita è il pretensionatore, un dispositivo che fa aderire la cinghia della cintura al nostro corpo quando l'automobile subisce un impatto violento. In questo modo si evita che il conducente e i passeggeri vengano proiettati in avanti. Si trova ormai in tutte le auto moderne vicino al punto in cui andiamo ad agganciare la cintura di sicurezza.

Il pretensionatore ha lo scopo di mettere in tensione la cinghia un attimo prima dello schianto. Di solito quando sta per succedere un incidente il conducente frena molto bruscamente. L'elettronica dell'auto avverte il movimento anomalo del freno e lancia un campanello di allarme che mette in moto il pretensionatore. Quest'ultimo funziona con un meccanismo a pistone. Un attimo prima dello schianto, si attiva una piccola esplosione nel meccanismo. Con questa esplosione si sprigiona un gas che esercita una forza sul riavvolgitore in senso opposto a quello di scorrimento. Questo movimento permette di stringere la cintura di sicurezza e di aumentarne la tensione, massimizzandone l'efficacia.