Během nárazu se energie pohybujícího se objektu přemění na práci a síla hraje důležitou roli. Chcete-li vytvořit rovnici pro sílu jakéhokoli nárazu, můžete nastavit rovnice pro energii a pracovat navzájem stejně a řešit pro sílu. Odtud je výpočet síly nárazu relativně snadný.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Pro výpočet síly nárazu vydělte kinetickou energii vzdáleností.
Dopad a energie
Energie je definována jako schopnost pracovat. Během nárazu se energie objektu přemění na práci. Energie pohybujícího se objektu se nazývá kinetická energie a rovná se jedné polovině hmotnosti objektu krát druhé mocnině jeho rychlosti:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
Když přemýšlíte o nárazové síle padajícího objektu, můžete vypočítat energii objektu v místě jeho dopadu, pokud znáte výšku, ze které byl spadnut. Tento typ energie je známý jako gravitační potenciální energie a rovná se hmotě objektu vynásobené výškou, ze které byl upuštěn, a zrychlením v důsledku gravitace:
PE = mgh
Dopad a práce
Práce nastává, když je síla použita k pohybu objektu do určité vzdálenosti. Proto se práce rovná síle vynásobené vzdáleností:
W = Fd
Protože síla je součástí práce a nárazem je přeměna energie na práci, můžete použít rovnice pro energii a práci pro řešení síly nárazu. Ujetá vzdálenost, když je práce dokončena nárazem, se nazývá dorazová vzdálenost. Je to vzdálenost urazená pohybujícím se objektem po nárazu.
Dopad padajícího předmětu
Předpokládejme, že chcete znát sílu nárazu skály o hmotnosti jednoho kilogramu, která padá z výšky dvou metrů a vloží se do plastové hračky hluboko dva centimetry. Prvním krokem je nastavit rovnice pro gravitační potenciální energii a pracovat navzájem rovnocenně a vyřešit sílu.
W = PE = Fd = mgh \ implikuje F = \ frac {mgh} {d}
Druhým a posledním krokem je zapojení hodnot z problému do rovnice síly. Nezapomeňte použít metry, ne centimetry, na všechny vzdálenosti. Dorazová vzdálenost dvou centimetrů musí být vyjádřena jako dvě setiny metru. Rovněž gravitační zrychlení na Zemi je vždy 9,8 metrů za sekundu za sekundu. Síla nárazu ze skály bude:
F = \ frac {(1) (9,8) (2)} {0,02} = 980 \ text {N}
Dopad z vodorovně se pohybujícího objektu
Nyní předpokládejme, že chcete znát sílu nárazu 2 200 kilogramů automobilu, který jede rychlostí 20 metrů za sekundu a který při zkoušce bezpečnosti narazil do zdi. Zastavovací vzdálenost v tomto příkladu je deformační zóna automobilu nebo vzdálenost, o kterou se vůz při nárazu zkrátí. Předpokládejme, že je auto natlačeno natolik, aby bylo o tři čtvrtě metru kratší, než bylo před nárazem. Prvním krokem je opět nastavení energetických rovnic - tentokrát kinetické energie - a vzájemné fungování a řešení síly.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ implikuje F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
Posledním krokem je zapojení hodnot z problému do rovnice pro sílu:
F = \ frac {1/2 (2 200) (20) ^ 2} {0,75} = 586 667 \ text {N}
