Hvordan beregne styrken til et fallende objekt

Å beregne kraften i et bredt spekter av situasjoner er avgjørende for fysikk. Det meste av tiden er Newtons andre lov (F = ma) alt du trenger, men denne grunnleggende tilnærmingen er ikke alltid den mest direkte måten å takle alle problemer på. Når du beregner kraft for et fallende objekt, er det noen ekstra faktorer du må ta i betraktning, inkludert hvor høyt objektet faller fra og hvor raskt det stopper. I praksis er den enkleste metoden for å bestemme den fallende gjenstandskraften å bruke energibesparelsen som utgangspunkt.

Bevaring av energi er et grunnleggende begrep i fysikk. Energi blir ikke skapt eller ødelagt, bare forvandlet fra en form til en annen. Når du bruker energien fra kroppen din (og til slutt maten du har spist) til å plukke opp en ball fra bakken, overfører du den energien til gravitasjonspotensialenergi; når du slipper den, blir den samme energien kinetisk (bevegelig) energi. Når ballen treffer bakken, frigjøres energien som lyd, og noen kan også føre til at ballen spretter opp igjen. Dette konseptet er avgjørende når du trenger å beregne fallende objektets energi og kraft.

Bevaring av energi gjør det enkelt å finne ut hvor mye kinetisk energi et objekt har like før støtpunktet. Energien har alt kommet fra gravitasjonspotensialet den har før den falt, så formelen for gravitasjonspotensial energi gir deg all informasjonen du trenger. Det er:

I ligningen er m massen til objektet, E er energien, g er akselerasjonen på grunn av gravitasjonskonstanten (9,81 m s⁻² eller 9,81 meter per sekund i kvadrat), og h er høyden objektet faller fra. Du kan enkelt finne ut av dette for alle gjenstander som faller så lenge du vet hvor stor den er og hvor høy den faller fra.

Arbeidsenergiprinsippet er den siste brikken i puslespillet når du trener den fallende gjenstandskraften. Dette prinsippet sier at:

Dette problemet trenger den gjennomsnittlige slagkraften, så omorganisering av ligningen gir:

Den tilbakelagte avstanden er den eneste gjenværende informasjonen, og dette er ganske enkelt hvor langt objektet beveger seg før det stopper. Hvis den trenger inn i bakken, er den gjennomsnittlige slagkraften mindre. Noen ganger kalles dette "deformasjon senk avstanden", og du kan bruke dette når objektet deformeres og stopper, selv om det ikke trenger inn i bakken.

Når man kaller avstanden som er reist etter påvirkning d, og bemerker at endringen i kinetisk energi er den samme som gravitasjonspotensialenergien, kan den komplette formelen uttrykkes som:

Den vanskeligste delen å trene når du beregner fallende gjenstandskrefter, er avstanden. Du kan estimere dette for å komme med et svar, men det er noen situasjoner der du kan sette sammen en fastere figur. Hvis gjenstanden deformeres når den får støt - for eksempel et stykke frukt som knuser når det treffer bakken - kan lengden på den delen av gjenstanden som deformeres brukes som avstand.

En fallende bil er et annet eksempel fordi fronten krøller seg fra støtet. Forutsatt at den krummer seg på 50 centimeter, som er 0,5 meter, er massen på bilen 2000 kg, og den slippes fra en høyde på 10 meter, viser følgende eksempel hvordan du skal fullføre beregning. Husk at den gjennomsnittlige slagkraften = mgh ÷ d, du setter eksemplene på plass på plass:

Der N er symbolet for Newton (kraftenheten) og kN betyr kilo-Newton eller tusenvis av Newton.

• ​Sprettende gjenstander​

  Å trene slagkraften når objektet spretter etterpå er mye vanskeligere. Kraften er lik hastigheten på endring av momentum, så for å gjøre dette må du vite objektets momentum før og etter sprett. Ved å beregne endringen i momentum mellom fallet og spretten og dele resultatet med tiden mellom disse to punktene, kan du få et estimat for slagkraften.