По време на удар енергията на движещ се обект се превръща в работа и силата играе важна роля. За да създадете уравнение за силата на всяко въздействие, можете да зададете уравненията за енергия и да работите еднакво помежду си и да решите за сила. Оттам нататък изчисляването на силата на удара е относително лесно.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
За да изчислите силата на удара, разделете кинетичната енергия на разстояние.
Въздействие и енергия
Енергията се определя като способност за работа. По време на удар енергията на обекта се превръща в работа. Енергията на движещ се обект се нарича кинетична енергия и е равна на половината от масата на обекта, умножена по квадрата на неговата скорост:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
Когато мислите за силата на удара на падащ обект, можете да изчислите енергията на обекта в точката му на удара, ако знаете височината, от която е изпуснат. Този тип енергия е известен като гравитационна потенциална енергия и е равна на масата на обекта, умножена по височината, от която е изпуснат, и ускорението поради гравитацията:
PE = mgh
Въздействие и работа
Работата възниква, когато се прилага сила за преместване на обект на определено разстояние. Следователно работата е равна на сила, умножена по разстояние:
W = Fd
Тъй като силата е компонент на работата, а въздействието е превръщането на енергията в работа, можете да използвате уравненията за енергия и работа, за да решите силата на удара. Изминатото разстояние, когато работата се извършва от удар, се нарича спиране. Това е разстоянието, изминато от движещия се обект след настъпилия удар.
Въздействие от падащ обект
Да предположим, че искате да знаете силата на удара на скала с маса един килограм, която пада от височина два метра и се вгражда два сантиметра дълбоко в пластмасова играчка. Първата стъпка е да зададете уравненията за гравитационната потенциална енергия и да работите еднакво помежду си и да решите за сила.
W = PE = Fd = mgh \ предполага F = \ frac {mgh} {d}
Втората и последна стъпка е включването на стойностите от задачата в уравнението за сила. Не забравяйте да използвате метри, а не сантиметри, за всички разстояния. Спирачното разстояние от два сантиметра трябва да бъде изразено като две стотни от метъра. Също така, ускорението поради гравитацията на Земята винаги е 9,8 метра в секунда в секунда. Силата на удара от скалата ще бъде:
F = \ frac {(1) (9.8) (2)} {0.02} = 980 \ текст {N}
Въздействие от хоризонтално движещ се обект
Сега предположим, че искате да знаете силата на удара на 2200-килограмова кола, движеща се с 20 метра в секунда, която се блъска в стена по време на тест за безопасност. Спирачното разстояние в този пример е зоната на смачкване на автомобила или разстоянието, с което автомобилът се съкращава при удар. Да предположим, че колата е достатъчно смачкана, за да бъде с три четвърти метър по-къса от преди удара. Отново първата стъпка е да зададете уравненията за енергия - този път кинетична енергия - и да работите еднакво помежду си и да решите за сила.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ предполага F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
Последната стъпка е да включите стойностите от проблема в уравнението за сила:
F = \ frac {1/2 (2200) (20) ^ 2} {0,75} = 586 667 \ текст {N}