როგორ გამოვთვალოთ ჩამოვარდნილი ობიექტის ძალა

ძალების გაანგარიშება ფართო სპექტრში ფიზიკისთვის გადამწყვეტია. უმეტესად, ნიუტონის მეორე კანონი (F = ma) არის ყველაფერი რაც თქვენ გჭირდებათ, მაგრამ ეს ძირითადი მიდგომა ყოველთვის არ არის ყველა პრობლემის მოგვარების ყველაზე პირდაპირი გზა. როდესაც თქვენ დაანგარიშებთ ძალას დაცემული ობიექტისთვის, გასათვალისწინებელია რამდენიმე დამატებითი ფაქტორი, მათ შორის, რამდენად მაღლა ეცემა ობიექტი და რამდენად სწრაფად ჩერდება იგი. პრაქტიკაში, დაცემის ობიექტის ძალის განსაზღვრის უმარტივესი მეთოდია ენერგიის დაზოგვის გამოყენება თქვენი საწყისი წერტილი.

ენერგიის დაზოგვა ფიზიკაში ფუნდამენტური ცნებაა. ენერგია არ არის შექმნილი ან განადგურებული, უბრალოდ გარდაიქმნება ერთი ფორმიდან მეორეში. როდესაც იყენებთ თქვენი სხეულის ენერგიას (და ბოლოს თქვენს მიერ შეჭამეს საკვებს) მიწიდან ბურთის ასაღებად, თქვენ გადააქვთ ეს ენერგია გრავიტაციულ პოტენციურ ენერგიად; როდესაც თქვენ გამოუშვებთ მას, იგივე ენერგია ხდება კინეტიკური (მოძრავი) ენერგია. როდესაც ბურთი ხვდება მიწას, ენერგია გამოთავისუფლდება ხმის სახით და ზოგიერთმა შეიძლება გამოიწვიოს ბურთის უკუსვლა. ამ კონცეფციას აქვს გადამწყვეტი მნიშვნელობა, როდესაც თქვენ უნდა გამოთვალოთ დაცემით ობიექტის ენერგია და ძალა.

ენერგიის დაზოგვა აადვილებს იმის გარკვევას, თუ რამდენი კინეტიკური ენერგია აქვს ობიექტს ზემოქმედების წერტილამდე. ენერგია ყველაფერი მოდის გრავიტაციული პოტენციალიდან, რაც მას აქვს დაცემამდე, ამიტომ გრავიტაციული პოტენციური ენერგიის ფორმულა გაძლევთ ყველა საჭირო ინფორმაციას. Ეს არის:

განტოლებაში, m არის ობიექტის მასა, E არის ენერგია, g არის აჩქარება სიმძიმის მუდმივის გამო (9,81 მ s⁻² ან 9,81 მეტრი წამში), და h არის სიმაღლე, საიდანაც ობიექტი ვარდება. ამის ადვილად შემუშავება შეგიძლიათ ნებისმიერი ობიექტისთვის, რომელიც დაეცემა, მანამ, სანამ იცით რამდენად დიდია და რამდენად მაღლა მოდის.

სამუშაო ენერგიის პრინციპი თავსატეხის ბოლო ნაწილია, როდესაც თქვენ ვარჯიშობთ ობიექტის ძალას. ეს პრინციპი ამბობს, რომ:

ამ პრობლემას სჭირდება საშუალო ზემოქმედების ძალა, ამიტომ განტოლების გადალაგება იძლევა:

გავლილი მანძილი არის ერთადერთი დარჩენილი ინფორმაცია, და ეს უბრალოდ რამდენს გადის ობიექტი გაჩერებამდე. თუ იგი მიწაში შეაღწევს, საშუალო ზემოქმედების ძალა უფრო მცირეა. ზოგჯერ ამას უწოდებენ "დეფორმაციის შენელებულ მანძილს" და ამის გამოყენება შეგიძლიათ, როდესაც ობიექტი დეფორმირდება და გაჩერდება, მაშინაც კი, თუ იგი არ ჩაწვება მიწას.

დ ზემოქმედების შემდეგ გავლილი მანძილის გამოძახება და აღნიშვნა, რომ კინეტიკური ენერგიის ცვლილება იგივეა, რაც გრავიტაციული პოტენციური ენერგია, სრული ფორმულა შეიძლება გამოიხატოს:

დაძლევის ობიექტის ძალების გამოანგარიშებისას ყველაზე რთული ნაწილია გავლილი მანძილი. ამის შეფასება შეგიძლიათ პასუხის მისაღებად, მაგრამ არსებობს სიტუაციები, როდესაც შეგიძლიათ უფრო მყარი ფიგურის შედგენა. თუ ობიექტი ზემოქმედებისას დეფორმირდება - ნაყოფის ნაჭერი, რომელიც დარტყმას ხვდება მიწაზე, მაგალითად - ობიექტის იმ ნაწილის სიგრძე, რომელიც დეფორმირდება, შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც მანძილი.

ჩამოვარდნილი მანქანა კიდევ ერთი მაგალითია, რადგან წინა დარტყმა იშლება ზემოქმედებისგან. ვთქვათ, რომ ის იშლება 50 სანტიმეტრში, რაც 0,5 მეტრია, მანქანის მასა 2000 კგ, და ის ვარდება 10 მეტრის სიმაღლიდან, შემდეგ მაგალითში ნაჩვენებია თუ როგორ უნდა დასრულდეს გაანგარიშება. გახსოვდეთ, რომ საშუალო ზემოქმედების ძალა = mgh ÷ d, თქვენ აყენებთ მაგალითის ფიგურებს:

სადაც N არის ნიუტონის სიმბოლო (ძალის ერთეული) და kN ნიშნავს კილო-ნიუტონს ან ათასობით ნიუტონს.

• ​Bouncing ობიექტები​

  ზემოქმედების ძალის შემუშავება, როდესაც ობიექტი ახტუნებს შემდეგ, გაცილებით რთულია. ძალა ტოლია იმპულსის შეცვლის სიჩქარეზე, ასე რომ ამისათვის უნდა იცოდეთ ობიექტის იმპულსი გადახტომამდე და მის შემდეგ. გაანგარიშებით იმპულსის ცვლილებას დაცემასა და ახსნას შორის და შედეგის გაყოფა დროის ამ მონაკვეთზე ამ ორ წერტილს შორის, შეგიძლიათ მიიღოთ ზემოქმედების ძალის შეფასება.