Sådan beregnes styrken af ​​et faldende objekt

Beregning af kraften i en lang række situationer er afgørende for fysikken. Det meste af tiden er Newtons anden lov (F = ma) alt hvad du behøver, men denne grundlæggende tilgang er ikke altid den mest direkte måde at tackle ethvert problem på. Når du beregner kraften for et faldende objekt, er der et par ekstra faktorer at overveje, herunder hvor højt objektet falder fra, og hvor hurtigt det stopper. I praksis er den enkleste metode til bestemmelse af den faldende genstandskraft at bruge energibesparelsen som dit udgangspunkt.

Bevarelse af energi er et grundlæggende begreb inden for fysik. Energi skabes ikke eller ødelægges, men transformeres bare fra en form til en anden. Når du bruger energien fra din krop (og i sidste ende den mad, du har spist) til at hente en kugle fra jorden, overfører du den energi til tyngdepotentialenergi; når du frigiver den, bliver den samme energi kinetisk (bevægende) energi. Når bolden rammer jorden frigives energien som lyd, og nogle kan også få bolden til at hoppe op igen. Dette koncept er afgørende, når du skal beregne faldende objekts energi og kraft.

Bevarelse af energi gør det let at finde ud af, hvor meget kinetisk energi et objekt har lige før påvirkningspunktet. Energien er alle kommet fra det tyngdepotentiale, den har inden den faldt, så formlen for tyngdepotentialenergi giver dig al den information, du har brug for. Det er:

I ligningen er m objektets masse, E er energien, g er accelerationen på grund af tyngdekraftskonstant (9,81 m s⁻² eller 9,81 meter pr. sekund i anden), og h er den højde objektet falder fra. Du kan nemt finde ud af det for ethvert objekt, der falder, så længe du ved, hvor stort det er, og hvor højt det falder fra.

Arbejdsenergiprincippet er det sidste stykke i puslespillet, når du arbejder på den faldende genstandskraft. Dette princip siger, at:

Dette problem har brug for den gennemsnitlige slagkraft, så omarrangering af ligningen giver:

Den tilbagelagte afstand er det eneste tilbageværende stykke information, og det er simpelthen, hvor langt objektet bevæger sig, inden det stoppes. Hvis den trænger ned i jorden, er den gennemsnitlige slagkraft mindre. Nogle gange kaldes dette "deformation, sænk afstanden", og du kan bruge dette, når objektet deformeres og stopper, selvom det ikke trænger ind i jorden.

Når man kalder den tilbagelagte afstand efter påvirkning d, og bemærker, at ændringen i kinetisk energi er den samme som tyngdepotentialenergien, kan den komplette formel udtrykkes som:

Den sværeste del at træne, når du beregner faldende genstandskræfter, er den tilbagelagte afstand. Du kan estimere dette for at komme med et svar, men der er nogle situationer, hvor du kan sammensætte en fastere figur. Hvis objektet deformeres, når det rammer - et stykke frugt, der smadrer, når det f.eks. Rammer jorden - kan længden af ​​den del af objektet, der deformeres, bruges som afstand.

En faldende bil er et andet eksempel, fordi fronten krøller op af stødet. Antages det, at den krummer sig i 50 centimeter, hvilket er 0,5 meter, er bilens masse 2.000 kg, og det tabes fra en højde på 10 meter, det følgende eksempel viser, hvordan man fuldfører beregning. Husk at den gennemsnitlige slagkraft = mgh ÷ d, du sætter eksemplerne på plads:

Hvor N er symbolet for en Newton (enhed af kraft) og kN betyder kilo-Newton eller tusinder af Newton.

• ​Bouncing Objects​

  Det er meget sværere at træne slagkraften, når objektet hopper bagefter. Kraften er lig med hastigheden for ændring af momentum, så for at gøre dette skal du kende objektets momentum før og efter bounce. Ved at beregne ændringen i momentum mellem faldet og hoppet og dividere resultatet med mængden af ​​tid mellem disse to punkter, kan du få et skøn for slagkraften.