Tijekom udara energija predmeta u pokretu pretvara se u rad, a sila igra važnu ulogu. Da biste stvorili jednadžbu za silu bilo kojeg udara, možete postaviti jednadžbe za energiju i međusobno raditi i rješavati za silu. Odatle je izračunavanje sile udara relativno jednostavno.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Da biste izračunali silu udara, podijelite kinetičku energiju s udaljenošću.
Utjecaj i energija
Energija se definira kao sposobnost obavljanja posla. Tijekom udara energija predmeta pretvara se u rad. Energija objekta u pokretu naziva se kinetička energija i jednaka je polovici mase predmeta pomnoženoj s kvadratom njegove brzine:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
Razmišljajući o sili udara predmeta koji pada, možete izračunati energiju predmeta na mjestu udara ako znate visinu s koje je pao. Ova vrsta energije poznata je kao gravitacijska potencijalna energija i jednaka je masi predmeta pomnoženoj s visine s koje je pao i ubrzanja uslijed gravitacije:
PE = mgh
Utjecaj i rad
Rad se događa kada se primijeni sila za pomicanje predmeta na određenu udaljenost. Stoga je rad jednak sili pomnoženoj s udaljenostom:
W = Fd
Budući da je sila komponenta rada, a utjecaj pretvaranje energije u rad, možete koristiti jednadžbe za energiju i rad da biste riješili silu udara. Pređena udaljenost kada se posao izvrši udarcem naziva se zaustavna udaljenost. To je udaljenost koju prijeđe objekt koji se kreće nakon što je došlo do udara.
Utjecaj padajućeg predmeta
Pretpostavimo da želite znati silu udara stijene mase jednog kilograma koja pada s visine od dva metra i ugrađuje se dva centimetra duboko u plastičnu igračku. Prvi je korak postaviti jednadžbe za gravitacijsku potencijalnu energiju i međusobno raditi i riješiti silu.
W = PE = Fd = mgh \ podrazumijeva F = \ frac {mgh} {d}
Drugi i posljednji korak je spajanje vrijednosti iz problema u jednadžbu sile. Ne zaboravite koristiti metre, a ne centimetre, za sve udaljenosti. Udaljenost zaustavljanja od dva centimetra mora se izraziti kao dvije stotine metra. Također, ubrzanje uslijed gravitacije na Zemlji uvijek je 9,8 metara u sekundi u sekundi. Snaga udara o stijenu bit će:
F = \ frac {(1) (9,8) (2)} {0,02} = 980 \ tekst {N}
Utjecaj vodoravno pomičnog objekta
Sada pretpostavimo da želite znati silu udara automobila od 2200 kilograma koji se kreće brzinom od 20 metara u sekundi i zabija se u zid tijekom sigurnosnog ispitivanja. Zaustavna udaljenost u ovom primjeru je zgužvana zona automobila ili udaljenost za koju se automobil skraćuje pri udaru. Pretpostavimo da je automobil dovoljno stisnut da bude tri četvrtine metra kraći nego što je bio prije udara. Opet, prvi korak je postaviti jednadžbe za energiju - ovoga puta kinetičku energiju - i raditi jednaki jedni drugima i rješavati za silu.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ podrazumijeva F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
Posljednji korak je uključivanje vrijednosti iz problema u jednadžbu sile:
F = \ frac {1/2 (2.200) (20) ^ 2} {0,75} = 586.667 \ text {N}