Κατά τη διάρκεια μιας κρούσης, η ενέργεια ενός κινούμενου αντικειμένου μετατρέπεται σε εργασία και η δύναμη παίζει σημαντικό ρόλο. Για να δημιουργήσετε μια εξίσωση για τη δύναμη οποιουδήποτε αντίκτυπου, μπορείτε να ορίσετε τις εξισώσεις για την ενέργεια και να εργαστείτε ίσες μεταξύ τους και να λύσετε τη δύναμη. Από εκεί, ο υπολογισμός της δύναμης μιας πρόσκρουσης είναι σχετικά εύκολος.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Για τον υπολογισμό της δύναμης κρούσης, διαιρέστε την κινητική ενέργεια με απόσταση.
Αντίκτυπος και ενέργεια
Η ενέργεια ορίζεται ως η ικανότητα να δουλεύει. Κατά τη διάρκεια μιας πρόσκρουσης, η ενέργεια ενός αντικειμένου μετατρέπεται σε εργασία. Η ενέργεια ενός κινούμενου αντικειμένου ονομάζεται κινητική ενέργεια και ισούται με το ήμισυ της μάζας του αντικειμένου επί το τετράγωνο της ταχύτητάς του:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
Όταν σκέφτεστε τη δύναμη πρόσκρουσης ενός αντικειμένου που πέφτει, μπορείτε να υπολογίσετε την ενέργεια του αντικειμένου στο σημείο πρόσκρουσης, εάν γνωρίζετε το ύψος από το οποίο ρίχτηκε. Αυτός ο τύπος ενέργειας είναι γνωστός ως δυναμική βαρυτική ενέργεια και ισούται με τη μάζα του αντικειμένου πολλαπλασιαζόμενη με το ύψος από το οποίο ρίχτηκε και την επιτάχυνση λόγω βαρύτητας:
PE = mgh
Αντίκτυπος και εργασία
Η εργασία συμβαίνει όταν εφαρμόζεται μια δύναμη για να μετακινήσετε ένα αντικείμενο σε μια συγκεκριμένη απόσταση. Επομένως, η εργασία ισούται με τη δύναμη πολλαπλασιαζόμενη με την απόσταση:
W = Fd
Επειδή η δύναμη είναι ένα συστατικό της εργασίας και ένας αντίκτυπος είναι η μετατροπή της ενέργειας σε εργασία, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις εξισώσεις για την ενέργεια και την εργασία για να λύσετε τη δύναμη μιας κρούσης. Η απόσταση που διανύθηκε όταν η εργασία επιτελείται από κρούση ονομάζεται απόσταση στάσης. Είναι η απόσταση που διανύθηκε από το κινούμενο αντικείμενο μετά την κρούση.
Επιπτώσεις από ένα αντικείμενο που πέφτει
Ας υποθέσουμε ότι θέλετε να μάθετε τη δύναμη πρόσκρουσης ενός βράχου με μάζα ενός κιλού που πέφτει από ύψος δύο μέτρων και ενσωματώνεται σε βάθος δύο εκατοστών μέσα σε ένα πλαστικό παιχνίδι. Το πρώτο βήμα είναι να ορίσετε τις εξισώσεις για τη βαρυτική δυναμική ενέργεια και να δουλέψετε ισότιμες μεταξύ τους και να λύσετε τη δύναμη.
W = PE = Fd = mgh \ υπονοεί F = \ frac {mgh} {d}
Το δεύτερο και τελευταίο βήμα είναι να συνδέσετε τις τιμές από το πρόβλημα στην εξίσωση για δύναμη. Θυμηθείτε να χρησιμοποιείτε μετρητές, όχι εκατοστά, για όλες τις αποστάσεις. Η απόσταση στάσης δύο εκατοστών πρέπει να εκφράζεται ως διακόσια εκατοστά του μέτρου. Επίσης, η επιτάχυνση που οφείλεται στη βαρύτητα στη Γη είναι πάντα 9,8 μέτρα ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο. Η δύναμη της πρόσκρουσης από τον βράχο θα είναι:
F = \ frac {(1) (9,8) (2)} {0,02} = 980 \ κείμενο {N}
Αντίκτυπος από ένα οριζόντιο κινούμενο αντικείμενο
Τώρα ας υποθέσουμε ότι θέλετε να μάθετε τη δύναμη πρόσκρουσης ενός αυτοκινήτου 2.200 κιλών που ταξιδεύει με ταχύτητα 20 μέτρων ανά δευτερόλεπτο που συντρίβεται σε τοίχο κατά τη διάρκεια δοκιμής ασφαλείας. Η απόσταση στάσης σε αυτό το παράδειγμα είναι η ζώνη τσακίσματος του αυτοκινήτου ή η απόσταση με την οποία το αυτοκίνητο μειώνεται κατά την πρόσκρουση. Ας υποθέσουμε ότι το αυτοκίνητο είναι αρκετά ψιλοκομμένο ώστε να είναι τα τρία τέταρτα του μέτρου μικρότερο από ό, τι πριν από την πρόσκρουση. Και πάλι, το πρώτο βήμα είναι να θέσουμε τις εξισώσεις για την ενέργεια - αυτή τη φορά κινητική ενέργεια - και να δουλεύουμε ίσες μεταξύ τους και να λύσουμε τη δύναμη.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ σημαίνει F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
Το τελευταίο βήμα είναι να συνδέσετε τις τιμές από το πρόβλημα στην εξίσωση για δύναμη:
F = \ frac {1/2 (2.200) (20) ^ 2} {0.75} = 586.667 \ κείμενο {N}