충격 중에 움직이는 물체의 에너지가 일로 전환되고 힘이 중요한 역할을합니다. 충격의 힘에 대한 방정식을 만들려면 에너지와 일에 대한 방정식을 서로 동일하게 설정하고 힘을 풀 수 있습니다. 거기에서 충격의 힘을 계산하는 것은 비교적 쉽습니다.
TL; DR (너무 김; 읽지 않음)
충격력을 계산하려면 운동 에너지를 거리로 나눕니다.
충격과 에너지
에너지는 일을 할 수있는 능력으로 정의됩니다. 충격을받는 동안 물체의 에너지는 일로 변환됩니다. 움직이는 물체의 에너지를 운동 에너지라고하며 물체 질량의 절반에 속도의 제곱을 곱한 것과 같습니다.
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
낙하하는 물체의 충격력을 생각할 때 낙하 한 높이를 안다면 충돌 지점에서 물체의 에너지를 계산할 수 있습니다. 이러한 유형의 에너지는 중력 위치 에너지로 알려져 있으며 물체의 질량에 물체가 떨어진 높이와 중력으로 인한 가속도를 곱한 것과 같습니다.
PE = mgh
영향과 일
작업은 물체를 일정 거리 이동시키기 위해 힘을 가할 때 발생합니다. 따라서 작업은 힘에 거리를 곱한 것과 같습니다.
W = Fd
힘은 일의 구성 요소이고 충격은 에너지를 일로 변환하는 것이므로 에너지와 일의 방정식을 사용하여 충격의 힘을 해결할 수 있습니다. 충격에 의해 작업이 완료되었을 때 이동 한 거리를 정지 거리라고합니다. 충격이 발생한 후 움직이는 물체가 이동 한 거리입니다.
떨어지는 물체의 영향
2 미터 높이에서 떨어지고 플라스틱 장난감 안에 2 센티미터 깊이 박혀있는 질량이 1kg 인 바위의 충격력을 알고 싶다고 가정 해 보겠습니다. 첫 번째 단계는 중력 위치 에너지와 일에 대한 방정식을 서로 동일하게 설정하고 힘을 푸는 것입니다.
W = PE = Fd = mgh \는 F = \ frac {mgh} {d}를 의미합니다.
두 번째이자 마지막 단계는 문제의 값을 힘의 방정식에 연결하는 것입니다. 모든 거리에 대해 센티미터가 아닌 미터를 사용해야합니다. 2 센티미터의 정지 거리는 2/100 미터로 표현되어야합니다. 또한 지구에서 중력으로 인한 가속도는 항상 초당 9.8 미터입니다. 암석의 충격력은 다음과 같습니다.
F = \ frac {(1) (9.8) (2)} {0.02} = 980 \ text {N}
수평으로 움직이는 물체의 영향
이제 안전 테스트 중에 벽에 충돌하는 2,200kg의 자동차가 초당 20 미터로 이동하는 충격력을 알고 싶다고 가정 해 보겠습니다. 이 예에서 정지 거리는 자동차의 크럼 플 존 또는 충돌시 자동차가 짧아지는 거리입니다. 충돌 전보다 3/4 미터 더 짧아 질 정도로 차가 찌그러 졌다고 가정합니다. 다시 말하지만, 첫 번째 단계는 에너지 (이번에는 운동 에너지)에 대한 방정식을 설정하고 서로 동일하게 작동하고 힘을 푸는 것입니다.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ implies F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
마지막 단계는 문제의 값을 힘에 대한 방정식에 연결하는 것입니다.
F = \ frac {1/2 (2,200) (20) ^ 2} {0.75} = 586,667 \ text {N}