Smūgio metu judančio objekto energija paverčiama darbu, o jėga vaidina svarbų vaidmenį. Norėdami sukurti bet kokio smūgio jėgos lygtį, galite nustatyti energijos ir darbo lygtis, lygias vienas kitam, ir išspręsti jėgai. Iš čia palyginti lengva apskaičiuoti smūgio jėgą.
TL; DR (per ilgai; Neskaitė)
Norėdami apskaičiuoti smūgio jėgą, padalykite kinetinę energiją iš atstumo.
Poveikis ir energija
Energija apibrėžiama kaip gebėjimas dirbti. Smūgio metu objekto energija paverčiama darbu. Judančio objekto energija vadinama kinetine energija ir lygi pusei objekto masės, padaugintai iš jo greičio kvadrato:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
Galvodami apie krentančio daikto smūgio jėgą, galite apskaičiuoti objekto energiją jo smūgio vietoje, jei žinote aukštį, iš kurio ji buvo numesta. Ši energijos rūšis yra žinoma kaip gravitacinė potencialo energija ir ji lygi objekto masei, padaugintai iš aukščio, iš kurio ji buvo nuleista, ir pagreičiu dėl sunkio jėgos:
PE = mgh
Poveikis ir darbas
Darbas įvyksta, kai jėga veikia objektą tam tikru atstumu. Todėl darbas yra lygus jėgai, padaugintai iš atstumo:
W = Fd
Kadangi jėga yra darbo komponentas, o poveikis yra energijos pavertimas darbu, galite naudoti energijos ir darbo lygtis, kad išspręstumėte smūgio jėgą. Nuvažiuotas atstumas, kai darbas atliekamas smūgiu, vadinamas stabdymo atstumu. Tai yra judančio objekto nuvažiuotas atstumas įvykus smūgiui.
Krintančio objekto poveikis
Tarkime, kad norite sužinoti vieno kilogramo masės uolos, krentančios iš dviejų metrų aukščio ir įsitvirtinančios dviejų centimetrų gylyje, plastikinio žaislo smūgio jėgą. Pirmasis žingsnis - nustatyti gravitacijos potencialo energijos ir darbo lygiateisiškumo lygtis bei išspręsti jėgai.
W = PE = Fd = mgh \ reiškia F = \ frac {mgh} {d}
Antras ir paskutinis žingsnis - užduoti reikšmes iš problemos į jėgos lygtį. Nepamirškite naudoti atstumų, o ne centimetrų. Dviejų centimetrų stabdymo atstumas turi būti išreikštas dviem šimtosiomis metro dalimis. Be to, pagreitis dėl gravitacijos Žemėje visada yra 9,8 metro per sekundę per sekundę. Uolos smūgio jėga bus:
F = \ frac {(1) (9.8) (2)} {0.02} = 980 \ text {N}
Poveikis iš horizontaliai judančio objekto
Dabar tarkime, kad norite sužinoti 2200 kilogramų sveriančio automobilio, važiuojančio 20 metrų per sekundę greičiu, smūgio jėgą per sieną per saugos bandymą. Stabdymo atstumas šiame pavyzdyje yra automobilio suglamžyta zona arba atstumas, kuriuo automobilis sutrumpėja susidūręs. Tarkime, kad automobilis yra pakankamai pritūpęs, kad būtų trimis ketvirčiais metro trumpesnis, nei buvo prieš smūgį. Vėlgi, pirmas žingsnis yra nustatyti energijos - šįkart kinetinės energijos - lygtis ir dirbti lygiaverčiais vienas kitam ir išspręsti jėgai.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ reiškia F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
Paskutinis žingsnis yra užduoti reikšmes iš problemos į jėgos lygtį:
F = \ frac {1/2 (2200) (20) ^ 2} {0,75} = 586 667 \ tekstas {N}