Under en støt blir energien til et bevegelig objekt omgjort til arbeid, og kraft spiller en viktig rolle. For å lage en ligning for styrken av en hvilken som helst innvirkning, kan du stille ligningene for energi og arbeid lik hverandre og løse for kraft. Derfra er det relativt enkelt å beregne kraften til en støt.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
For å beregne slagkraften, del kinetisk energi med avstand.
Effekt og energi
Energi er definert som evnen til å utføre arbeid. Under en støt konverteres et objekts energi til arbeid. Energien til et bevegelig objekt kalles kinetisk energi, og er lik halvparten av objektets masse ganger kvadratet av hastigheten:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
Når du tenker på slagkraften til et fallende objekt, kan du beregne energien til objektet ved dets støtpunkt hvis du vet høyden det ble falt fra. Denne typen energi er kjent som gravitasjonspotensialenergi, og den er lik gjenstandens masse multiplisert med høyden den ble falt fra og akselerasjonen på grunn av tyngdekraften:
PE = mgh
Påvirkning og arbeid
Arbeid oppstår når en kraft påføres for å bevege et objekt en viss avstand. Derfor er arbeid lik kraft multiplisert med avstand:
W = Fd
Fordi kraft er en komponent av arbeidet og en innvirkning er omdannelsen av energi til arbeid, kan du bruke ligningene for energi og jobbe for å løse for kraften til en støt. Distansen som er reist når arbeidet utføres av en innvirkning, kalles stoppavstanden. Det er avstanden den bevegelige gjenstanden har gått etter at støtet har skjedd.
Virkning fra et fallende objekt
Anta at du vil vite slagkraften til en stein med en masse på ett kilo som faller fra en høyde på to meter og legger seg to centimeter dypt inne i en plastleketøy. Det første trinnet er å sette ligningene for gravitasjonspotensialenergi og arbeid lik hverandre og løse for kraft.
W = PE = Fd = mgh \ innebærer F = \ frac {mgh} {d}
Det andre og siste trinnet er å koble verdiene fra problemet til ligningen for kraft. Husk å bruke målere, ikke centimeter, for alle avstander. Stoppavstanden på to centimeter må uttrykkes som to hundredeler av en meter. Også akselerasjonen på grunn av tyngdekraften på jorden er alltid 9,8 meter per sekund per sekund. Slagkraften fra fjellet vil være:
F = \ frac {(1) (9.8) (2)} {0.02} = 980 \ text {N}
Virkning fra et horisontalt bevegelig objekt
Anta nå at du vil vite slagkraften til en 2200 kilo bil som kjører 20 meter per sekund og krasjer inn i en vegg under en sikkerhetstest. Stoppavstanden i dette eksemplet er krøllesonen til bilen, eller avstanden som bilen forkorter ved støt. Anta at bilen er klemt nok til å være tre kvarter kortere enn den var før støtet. Igjen, det første trinnet er å sette ligningene for energi - denne gang kinetisk energi - og arbeide like med hverandre og løse for kraft.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ innebærer F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
Det siste trinnet er å koble verdiene fra problemet til ligningen for kraft:
F = \ frac {1/2 (2200) (20) ^ 2} {0,75} = 586,667 \ text {N}