כיצד לחשב את כוחו של אובייקט נופל

חישוב הכוח במגוון רחב של מצבים הוא קריטי לפיזיקה. לרוב, החוק השני של ניוטון (F = ma) הוא כל מה שאתה צריך, אך גישה בסיסית זו אינה תמיד הדרך הישירה ביותר להתמודד עם כל בעיה. כאשר אתה מחשב כוח לאובייקט נופל, ישנם כמה גורמים נוספים שיש לקחת בחשבון, כולל כמה גבוה האובייקט נופל וממה זה הוא נעצר. בפועל, השיטה הפשוטה ביותר לקביעת כוח האובייקט הנופל היא להשתמש בשימור האנרגיה כנקודת ההתחלה שלך.

שימור האנרגיה הוא מושג יסודי בפיזיקה. אנרגיה לא נוצרת או נהרסת, אלא רק הופכת מצורה אחת לאחרת. כשאתה משתמש באנרגיה מהגוף שלך (ובסופו של דבר האוכל שאכלת) כדי להרים כדור מהקרקע, אתה מעביר את האנרגיה הזו לאנרגיה פוטנציאלית כבידתית; כשאתה משחרר אותה, אותה אנרגיה הופכת לאנרגיה קינטית (נעה). כאשר הכדור פוגע בקרקע, האנרגיה משתחררת כקול, וחלקם עלולים גם לגרום לכדור לקפוץ חזרה. מושג זה הוא קריטי כאשר אתה צריך לחשב אנרגיה וכוח של אובייקט נופל.

שימור האנרגיה מקל על העבודה כמה אנרגיה קינטית יש לאובייקט ממש לפני נקודת ההשפעה. האנרגיה כל הגיעה מפוטנציאל הכבידה שיש לה לפני הנפילה, ולכן הנוסחה לאנרגיה פוטנציאלית כבידתית נותנת לך את כל המידע שאתה צריך. זה:

במשוואה, m היא המסה של האובייקט, E היא האנרגיה, g היא התאוצה בגלל קבוע כוח הכבידה (9.81 m s⁻² או 9.81 מטר לשנייה בריבוע), ו- h הוא הגובה ממנו נופל האובייקט. אתה יכול לעבוד על זה בקלות עבור כל אובייקט שנופל כל עוד אתה יודע כמה הוא גדול וממה הוא נופל.

עיקרון אנרגיית העבודה הוא החלק האחרון בפאזל כשאתה עובד על כוח האובייקט הנופל. עיקרון זה קובע כי:

בעיה זו זקוקה לכוח ההשפעה הממוצע, ולכן סידור המשוואה מחדש מספק:

המרחק שעבר הוא פיסת המידע היחידה שנותרה, וזה פשוט כמה רחוק האובייקט נע לפני שהוא נעצר. אם הוא חודר לקרקע, כוח ההשפעה הממוצע קטן יותר. לפעמים זה נקרא "דפורמציה האט את המרחק", ואתה יכול להשתמש בזה כאשר האובייקט מתעוות ונפסק, גם אם הוא לא חודר לקרקע.

אם קוראים למרחק שעבר לאחר ההשפעה d, ומציינים כי השינוי באנרגיה הקינטית זהה לאנרגיית הפוטנציאל הכבידה, ניתן לבטא את הנוסחה השלמה כ:

החלק הקשה ביותר להתאמה כשמחשבים כוחות אובייקט נופלים הוא המרחק שעבר. אתה יכול להעריך את זה כדי להגיע לתשובה, אך ישנם מצבים שבהם אתה יכול להרכיב דמות מוצקה יותר. אם האובייקט מתעוות כאשר הוא משפיע - פיסת פרי שמתנפצת כשהיא פוגעת בקרקע, למשל - אורך החלק של האובייקט שמתעוות יכול לשמש כמרחק.

מכונית נופלת היא דוגמה נוספת מכיוון שהחזית מתקמטת מהפגיעה. בהנחה שהוא מתקמט ב 50 סנטימטרים, שהם 0.5 מטר, מסת המכונית היא 2,000 ק"ג, והוא נשמט מגובה של 10 מטר, הדוגמה הבאה מראה כיצד להשלים את תַחשִׁיב. כזכור שכוח ההשפעה הממוצע = mgh ÷ d, אתה שם את דמויות הדוגמה במקום:

כאשר N הוא הסמל לניוטונים (יחידת הכוח) ו- kN פירושו קילו-ניוטון או אלפי ניוטונים.

• ​חפצים מקפצים​

  עבודה קשה יותר על כוח ההשפעה כאשר האובייקט קופץ אחר כך. הכוח שווה לקצב שינוי המומנטום, אז לשם כך עליכם לדעת את המומנטום של האובייקט לפני ההקפצה ואחריה. על ידי חישוב השינוי במומנטום בין הנפילה להקפצה וחלוקת התוצאה בכמות הזמן בין שתי הנקודות הללו, תוכלו לקבל אומדן לכוח ההשפעה.