במהלך השפעה, האנרגיה של אובייקט נע מומרת לעבודה, וכוח ממלא תפקיד חשוב. כדי ליצור משוואה לכוח של כל השפעה, תוכלו להגדיר את משוואות האנרגיה והעבודה שוות זו לזו ולפתור כוח. משם, חישוב כוח ההשפעה קל יחסית.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
כדי לחשב את כוח ההשפעה, חלק את האנרגיה הקינטית לפי מרחק.
השפעה ואנרגיה
אנרגיה מוגדרת כיכולת לעשות עבודה. במהלך פגיעה, אנרגיית האובייקט מומרת לעבודה. האנרגיה של אובייקט נע נקראת אנרגיה קינטית, והיא שווה למחצית ממסת האובייקט כפול ריבוע מהירותו:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
כאשר חושבים על כוח ההשפעה של אובייקט נופל, אתה יכול לחשב את האנרגיה של האובייקט בנקודת ההשפעה שלו אם אתה יודע מה הגובה שממנו הוא הוטל. סוג זה של אנרגיה ידוע כאנרגיה פוטנציאלית כבידתית והיא שווה למסה של האובייקט מוכפלת בגובה שממנו הושמט והתאוצה עקב כוח המשיכה:
PE = mgh
השפעה ועבודה
עבודה מתרחשת כאשר מופעל כוח להנעת אובייקט מרחק מסוים. לכן, העבודה שווה לכוח מוכפל במרחק:
W = Fd
מכיוון שכוח הוא מרכיב בעבודה והשפעה היא המרת האנרגיה לעבודה, אתה יכול להשתמש במשוואות לאנרגיה ולעבוד כדי לפתור את כוח ההשפעה. המרחק שעבר כאשר העבודה מושגת על ידי השפעה נקרא מרחק העצירה. זהו המרחק שעבר האובייקט הנע לאחר התרחשות הפגיעה.
השפעה מאובייקט נופל
נניח שאתה רוצה לדעת את כוח ההשפעה של סלע בעל מסה של קילוגרם אחד הנופל מגובה שני מטרים ומטביע את עצמו בעומק שני סנטימטרים בתוך צעצוע פלסטיק. הצעד הראשון הוא לקבוע את המשוואות לאנרגיה פוטנציאלית של כוח המשיכה ולעבוד שווים זה לזה ולפתור לכוח.
W = PE = Fd = mgh \ מרמז על F = \ frac {mgh} {d}
השלב השני והאחרון הוא לחבר את הערכים מהבעיה למשוואת הכוח. זכור להשתמש במטר, לא בסנטימטרים, לכל המרחקים. מרחק העצירה של שני סנטימטרים חייב לבוא לידי ביטוי כשתי מאיות מטר. כמו כן, התאוצה בגלל כוח המשיכה על כדור הארץ היא תמיד 9.8 מטר לשנייה לשנייה. כוח ההשפעה מהסלע יהיה:
F = \ frac {(1) (9.8) (2)} {0.02} = 980 \ טקסט {N}
השפעה מאובייקט הנע אופקי
עכשיו נניח שאתה רוצה לדעת את כוח ההשפעה של מכונית של 2,200 קילוגרם שנוסעת 20 מטר לשנייה שמתנגשת בקיר במהלך בדיקת בטיחות. מרחק העצירה בדוגמה זו הוא אזור הקמטוטים של המכונית, או המרחק בו המכונית מתקצרת בזמן הפגיעה. נניח שהמכונית נמתחת מספיק בכדי להיות קצרה בשלושה רבעי מטר מכפי שהייתה לפני הפגיעה. שוב, הצעד הראשון הוא לקבוע את המשוואות לאנרגיה - הפעם אנרגיה קינטית - ולעבוד שוות זו לזו ולפתור כוח.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ מרמז על F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
השלב האחרון הוא לחבר את הערכים מהבעיה למשוואת הכוח:
F = \ frac {1/2 (2,200) (20) ^ 2} {0.75} = 586,667 \ text {N}