Az ütés során a mozgó tárgy energiája munkává alakul, és az erő fontos szerepet játszik. Bármely ütés erejének egyenletének létrehozásához beállíthatja az energia és a munka egyenleteit egymással és megoldhatja az erőre. Innentől kezdve a becsapódási erő kiszámítása viszonylag egyszerű.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A becsapódási erő kiszámításához ossza el a mozgási energiát távolsággal.
Hatás és energia
Az energiát a munkavégzés képességének definiálják. Az ütés során az objektum energiája munkává alakul. A mozgó tárgy energiáját kinetikus energiának nevezzük, és megegyezik az objektum tömegének a felével és annak sebességének négyzetével:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
Ha egy zuhanó tárgy ütközési erejére gondolunk, akkor kiszámíthatja az objektum energiáját annak ütközési pontján, ha ismeri a magasságot, ahonnan leesett. Ezt a fajta energiát gravitációs potenciális energiának nevezik, és megegyezik az objektum tömegével, szorozva a magassággal, amelyről leesett, és a gravitáció miatti gyorsulással:
PE = mgh
Hatás és munka
A munka akkor következik be, ha egy tárgyat bizonyos távolságra mozgatni kényszerítenek. Ezért a munka megegyezik az erő szorozva a távolsággal:
W = Fd
Mivel az erő a munka összetevője, a hatás pedig az energia munkává való átalakulása, az energia és a munka egyenleteit felhasználhatja a becsapódás erejének megoldására. A megtett távolságot, amikor a munka ütéssel érhető el, stop távolságnak nevezzük. A mozgó tárgy által megtett távolság az ütközés után.
Egy leeső tárgy hatása
Tegyük fel, hogy meg akarja tudni egy kilogramm tömegű szikla becsapódási erejét, amely két méter magasból esik és két centiméter mélyen beágyazódik egy műanyag játék belsejébe. Az első lépés a gravitációs potenciális energia és az egymással egyenlő munka egyenleteinek beállítása és az erő megoldása.
W = PE = Fd = mgh \ azt jelenti, hogy F = \ frac {mgh} {d}
A második és az utolsó lépés az, hogy a probléma értékeit bedugjuk az erőegyenletbe. Ne felejtsen el minden távolságra métert, nem centimétert használni. A két centiméteres távolságot méter kétszázadaként kell kifejezni. A gravitáció miatti gyorsulás a Földön is mindig 9,8 méter másodpercenként másodpercenként. A szikla ütési ereje a következő lesz:
F = \ frac {(1) (9.8) (2)} {0.02} = 980 \ text {N}
Hatás vízszintesen mozgó tárgyról
Tegyük fel, hogy tudni akarja egy 2200 kilogrammos, másodpercenként 20 méteres sebességgel haladó autó ütközési erejét, amely egy biztonsági teszt során falnak csapódik. A megállási távolság ebben a példában az autó gyűrődési zónája, vagy az a távolság, amellyel az autó ütközéskor rövidül. Tegyük fel, hogy az autó eléggé le van guggolva, hogy háromnegyed méterrel rövidebb legyen, mint az ütközés előtt volt. Az első lépés megint az energia - ezúttal a kinetikus energia - egyenleteinek beállítása, az egymással egyenlő munka és az erő megoldása.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ azt jelenti, hogy F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
Az utolsó lépés a probléma értékeinek bedugása az erőegyenletbe:
F = \ frac {1/2 (2200) (20) ^ 2} {0,75} = 586 667 \ szöveg {N}
