كيفية حساب قوة سقوط الجسم

حساب القوة في مجموعة واسعة من المواقف أمر بالغ الأهمية للفيزياء. في معظم الأوقات ، يكون قانون نيوتن الثاني (F = ma) هو كل ما تحتاجه ، ولكن هذا النهج الأساسي ليس دائمًا الطريقة الأكثر مباشرة لمعالجة كل مشكلة. عند حساب القوة لجسم ساقط ، هناك بعض العوامل الإضافية التي يجب مراعاتها ، بما في ذلك مدى ارتفاع سقوط الجسم ومدى سرعة توقفه. من الناحية العملية ، فإن أبسط طريقة لتحديد قوة الجسم الساقط هي استخدام الحفاظ على الطاقة كنقطة انطلاق.

الحفاظ على الطاقة هو مفهوم أساسي في الفيزياء. لا يتم إنشاء أو تدمير الطاقة ، بل تتحول من شكل إلى آخر. عندما تستخدم الطاقة من جسمك (وفي النهاية الطعام الذي أكلته) لالتقاط كرة من الأرض ، فإنك تحول تلك الطاقة إلى طاقة وضع الجاذبية ؛ عندما تطلقها ، تصبح تلك الطاقة نفسها طاقة حركية (متحركة). عندما تضرب الكرة الأرض ، يتم إطلاق الطاقة كصوت ، وقد يتسبب البعض أيضًا في ارتداد الكرة مرة أخرى. هذا المفهوم مهم عندما تحتاج إلى حساب طاقة الجسم الساقط وقوته.

يجعل حفظ الطاقة من السهل معرفة مقدار الطاقة الحركية التي يمتلكها الجسم قبل نقطة التأثير مباشرة. تأتي الطاقة كلها من إمكانات الجاذبية التي تمتلكها قبل السقوط ، لذا فإن صيغة طاقة وضع الجاذبية تعطيك كل المعلومات التي تحتاجها. أنه:

في المعادلة م هي كتلة الجسم ، و E الطاقة ، و g العجلة بسبب ثابت الجاذبية (9.81 م ث⁻² أو 9.81 مترًا لكل ثانية مربعة) ، و h هو الارتفاع الذي يسقط منه الجسم. يمكنك عمل ذلك بسهولة لأي جسم يسقط طالما أنك تعرف حجمه ومدى ارتفاعه.

مبدأ الشغل والطاقة هو الجزء الأخير من اللغز عندما تعمل على حساب قوة الجسم الساقط. ينص هذا المبدأ على ما يلي:

تحتاج هذه المشكلة إلى متوسط ​​قوة التأثير ، لذا فإن إعادة ترتيب المعادلة تعطي:

المسافة المقطوعة هي الجزء الوحيد المتبقي من المعلومات ، وهي ببساطة المسافة التي يقطعها الكائن قبل أن يتوقف. إذا اخترق الأرض ، فإن متوسط ​​قوة التأثير يكون أصغر. أحيانًا يُطلق على هذا "مسافة الإبطاء للتشوه" ، ويمكنك استخدام هذا عندما يتشوه الجسم ويتوقف ، حتى لو لم يخترق الأرض.

عند استدعاء المسافة المقطوعة بعد التأثير d ، مع ملاحظة أن التغيير في الطاقة الحركية هو نفس الطاقة الكامنة للجاذبية ، يمكن التعبير عن الصيغة الكاملة على النحو التالي:

الجزء الأصعب الذي يجب حسابه عند حساب قوى الجسم الساقط هو المسافة المقطوعة. يمكنك تقدير ذلك للتوصل إلى إجابة ، ولكن هناك بعض المواقف حيث يمكنك وضع رقم أكثر ثباتًا. إذا كان الجسم مشوهًا عند إحداث تأثير - قطعة فاكهة تتحطم عند ارتطامها بالأرض ، على سبيل المثال - يمكن استخدام طول جزء الجسم الذي يتشوه كمسافة.

السيارة المتساقطة هي مثال آخر لأن الجبهة تنهار من الاصطدام. بافتراض أنه ينهار في 50 سم ، أي 0.5 متر ، فإن كتلة السيارة 2000 كجم ، ويتم إسقاطه من ارتفاع 10 أمتار ، يوضح المثال التالي كيفية إكمال عملية حسابية. تذكر أن متوسط ​​قوة التأثير = mgh ÷ d ، فأنت تضع أرقام الأمثلة في مكانها:

حيث N هي رمز نيوتن (وحدة القوة) و kN تعني كيلو نيوتن أو آلاف النيوتن.

• ​كذاب الأجسام​

  يعد حساب قوة التأثير عندما يرتد الجسم بعد ذلك أكثر صعوبة. القوة تساوي معدل تغير الزخم ، لذلك للقيام بذلك تحتاج إلى معرفة زخم الجسم قبل الارتداد وبعده. من خلال حساب التغير في الزخم بين السقوط والارتداد وقسمة النتيجة على مقدار الوقت بين هاتين النقطتين ، يمكنك الحصول على تقدير لقوة التأثير.