前言：暑假跟著健行隊走過中橫，這是我的第一次。照理來說應該要寫些感觸滿滿的遊記或心得文，但卻不知該從何寫起。相較滿滿感動與收穫的心得文，科學文比較容易下手……這個部份的內容與相關知識，國三理化教學很快用得上。
小藍帽陪我們走過中橫，因此以這頂”安全帽”來做為此行見聞的第一篇。
天祥到長春祠燕子口有壯觀的峽谷之美，但岩層破碎鬆動常有落石不斷，為了保護遊客頭部，國家公園提供免費的安全帽出借，避免石塊或其它傷害物襲擊遊客。
 這是太魯閣國家公園管理處所提供的。 |
 可依所需數目在布洛灣免費借用！ |
我們中橫健行隊很乖，戴了四天！為了辨識，後方要寫上名字。
休息時無意間發現上面有標示，寫著耐衝擊性50焦耳！(也顯示耐用電壓440V以下)
『50焦耳？這是什麼？』為什麼是焦耳？愣了一下，又想了一下才恍然大悟…當然是用焦耳！焦耳是能量單位，安全帽的耐衝擊程度以焦耳來計是很適合的。
之一 50焦耳有多大？
『50焦耳有多大呢？』感覺很小。
算”理想的”計算題時，500焦耳的數字也常常在題目答案中來來去去，『50？會不會太小了？』
然後，這個焦耳......『是位能還是動能？』其實我有點呆了，若是沒有能量損耗，這二個在能量轉換後是相同的。
(一)如果是動能
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動能的計算公式：E=1/2mv2 E=能量（焦耳, J） |
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(二)落石是由高處落下，用位能來看看
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位能的計算公式：U=mgh U=能量（焦耳, J） |
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這頂安全帽可以約抵抗1公斤重的石塊，自5米的高度落下的衝擊能量；或5公斤重的石塊自1公尺自由落下。落石質量更重或落下高度更高危險性就更大了！沿途看到的落石都不小顆，而且有稜角，所幸走過一切平安。
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這種安全帽是工地用安全帽，根據ISO 3873-1977安全標準：『當衝擊能量為50焦耳時，如果安全帽所受到的最大衝擊力超過5000牛頓，或者當衝擊後安全帽破裂時，安全帽就不再具有保護頭部安全。』
也就是說，不是只看衝擊能量。在50焦耳能量的衝擊下，帽殼傳遞至頭型的力量不得超過5000牛頓。用”功”來看，W=FS
W=功、能量（焦耳, J） F=力（牛頓, N） S=位移（米, m） 將W=50，F=5000代入計算，S=0.01，也就是說若要在最大5000牛頓的衝擊力之下，撞擊時帽殼到頭的作用距離不能小於1公分！
練習做做看
『一般防避高空墜落物的安全帽，它的設計是可以抵禦垂直50焦耳能量的衝擊。假設一個重0.2公斤20公分的鉗子或板手，從一名工友的頭上25米高出跌下。假若這名工友佩戴有合格的安全帽，而板手鉗子的大部分能量都會被安全帽所吸收，請問板手鉗子落下最大速度為多少？此安全帽是否能保護工友避免受傷或減輕了其受傷的程度? 』
參考解答請反白：由位能公式計算U=mgh，頭部承受0.2×9.8×25=49焦耳的能量(g= 9.8 m/s2)。理論上是可以，但若將位能轉換成動能1/2mv2= mgh來計算撞擊時的速度，速度為22 m/s，時速接近80Km/h，好快好可怕~是否安全，還要考慮到最大衝擊力，若是超過5000牛頓就完蛋了！
之二 關於安全帽的一些知識
做了點功課，安全帽如何能夠吸收墜落物的能量呢？『主要是透過堅硬的帽殼及帽箍，帽襯，受到衝擊時破裂、撕裂產生的形變分散衝擊力，吸收一部分能量。有些安全帽還會有一層吸震物料，以進一步幫助吸收能量。』
| 1.帽殼： |
保護頭部受衝擊時，避免傷害物直接與頭蓋骨接觸，帽殼材料一般以PE、PC、ABS、FRP 最普遍。FRP 材質在受重物衝、穿擊後，容易發生纖維狀裂痕。PE 的安全帽側向剛性較不理想，但在抗電擊方面的表現較佳。ABS 和FRP 安全帽的側向剛性平均在PE 材質安全帽之上。 此外，由於安全帽外殼材料是塑膠，溫度也會影響塑膠材質特性： |
| 2.戴具與頭帶： | 具有吸收與緩衝撞擊物體的衝力，減少撞擊時所受到的傷害。頭帶因直接與頭部接觸，必需舒適。部份安全帽在頭帶與帽殼之間更設有保麗龍襯墊。頭帶具有戴安全帽時的穩固作用，可加防汗帶以吸收頭部的汗水，增加舒適性。頭帶必需方便調整鬆緊，使安全帽緊密地戴在頭上不晃動。 |
| 3.頤帶： | 頤帶具有固定安全帽在頭部的作用，並有防止帽子受物體撞擊或人員自高處墜落時帽子脫落的功能，並防止受二次撞擊時，因帽子脫落而致使頭部受傷。 |
*資料主要參考自選購工程安全帽的四個重點 - 拔山企業(它們的資料來源則是：行政院勞委會勞工安全衛生研究所)。
選購工作安全帽，要注意下列要點：
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一、耐衝擊性： |
一頂好的安全帽能夠保護你的頭部免於遭受飛落物撞擊、墜落時頭部撞擊、感電觸電、酸鹼液體接觸、火焰燒傷等，甚至避免頭髮被機器捲入。安全帽在對抗衝擊時，其各部零件都扮演重要角色，安全帽必需能穩固而舒適地固定在頭上不晃動，才能達到保護效果。 |
| 二、愈新愈好： | 出廠過久的安全帽，在自然存放的情況下，材料會自然老化及脆化，耐衝擊性能逐漸降低，因此購買安全帽要慎選商家，不要買到陳年貨。一般安全帽的使用壽命， 會因使用場所的環境、溫度、與化學物品之接觸、太陽直接照射等有關，一般而言，若在上述場所正常使用狀況下，應以二年為更換期限，若不考慮上述之使用因 素，一般最多以不超過五年為原則，5年以上的安全帽一定要換新。 |
| 三、穿戴舒適： | 品質不佳的安全帽，配戴時發生晃動及容易鬆脫等問題，導致不舒適感，是工人不願意戴的主要原因。如果擔心炎熱的問題，可以選購具備通氣孔的安全帽，但是具通氣孔的安全帽不可用於感電的場所。切勿自行在安全帽上鑽洞或變造安全帽的結構。 |
| 四、認證合格： | 國產合格的安全帽必需有CNS檢測標識，或貼有商檢局檢測的標籤。進口產品，通常有歐洲標準委員會(CEN)檢測合格，並標識有CE認證字樣。這些認證是購買安全帽時最基本的考量，有了這些公正的機構為使用者把關，安全帽產品通過檢測與認證，才具備應有的防護能力。 |
工業用安全帽保護性最低，只提供最實用的安全保護，例如螺絲、釘子等小物件由高空墮下擊中，安全帽絕對夠安全。香港科技大學早前對安全帽進行測試(餐腦資料4)：根據國際 ISO3873-1977安全標準，衝擊測試利用5公斤的鐵錘在1米高掉下，擊中安全帽，產生約50焦耳的衝擊，沒有出現裂紋或應力發白則屬合格。
單車機車用甚至是賽車用的安全帽(頭盔)有更高的安全標準安全帽的CPSC標準測試(參考資料3)：
1.測試員會把頭盔懸掛在2米高位置，再將之垂直掉下，以每小時22.5公里的速度擊中地上的平面鋼砧，產生大約108焦耳能量。
2.又或在1.2米掉下頭盔，以每小時17.7公里速度擊向圓拱形的鋼砧，然後量度衝擊力，瞬間衝擊腦部的衝擊力大於300G，就會構成損傷，所以 CPSC標準低於300G為合格。 (300G的衝擊力有多大？)
至於軍用頭盔用來擋子彈，標準應該要更高吧！
參考資料與延伸閱讀：
1. 選購工程安全帽的四個重點 - 拔山企業(資料來源：行政院勞委會勞工安全衛生研究所)
2.安全帽防護的相關報導：識界：戴電單車頭盔 頂住高空襲物 - 20091231 - 蘋果日報
3.應該要知道的安全帽知識：安全，是回家唯一的路~ 訪SOL安全帽廠 - 安全騎乘及人身部品實驗室 小老婆汽機車資訊網
4.安全帽防護：www.oshc.org.hk/download/research/20/0/c_hard_hats.doc