Durante um impacto, a energia de um objeto em movimento é convertida em trabalho e a força desempenha um papel importante. Para criar uma equação para a força de qualquer impacto, você pode definir as equações para energia e trabalho iguais entre si e resolver para força. A partir daí, calcular a força de um impacto é relativamente fácil.
TL; DR (muito longo; Não li)
Para calcular a força do impacto, divida a energia cinética pela distância.
Impacto e energia
Energia é definida como a capacidade de trabalhar. Durante um impacto, a energia de um objeto é convertida em trabalho. A energia de um objeto em movimento é chamada de energia cinética e é igual a metade da massa do objeto vezes o quadrado de sua velocidade:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
Ao pensar sobre a força de impacto de um objeto em queda, você pode calcular a energia do objeto em seu ponto de impacto se souber a altura da qual ele caiu. Este tipo de energia é conhecido como energia potencial gravitacional e é igual à massa do objeto multiplicada pela altura da qual ele caiu e a aceleração da gravidade:
PE = mgh
Impacto e Trabalho
O trabalho ocorre quando uma força é aplicada para mover um objeto a uma certa distância. Portanto, o trabalho é igual à força multiplicada pela distância:
W = Fd
Como a força é um componente do trabalho e um impacto é a conversão de energia em trabalho, você pode usar as equações para energia e trabalho para determinar a força de um impacto. A distância percorrida quando o trabalho é realizado por um impacto é chamada de distância de parada. É a distância percorrida pelo objeto em movimento depois que o impacto ocorreu.
Impacto de um objeto em queda
Suponha que você queira saber a força de impacto de uma rocha com massa de um quilograma que cai de uma altura de dois metros e se enterra a dois centímetros de profundidade dentro de um brinquedo de plástico. O primeiro passo é definir as equações para energia potencial gravitacional e trabalhar iguais entre si e resolver para força.
W = PE = Fd = mgh \ implica F = \ frac {mgh} {d}
A segunda e última etapa é inserir os valores do problema na equação de força. Lembre-se de usar metros, não centímetros, para todas as distâncias. A distância de parada de dois centímetros deve ser expressa como dois centésimos de metro. Além disso, a aceleração da gravidade na Terra é sempre de 9,8 metros por segundo por segundo. A força do impacto da rocha será:
F = \ frac {(1) (9,8) (2)} {0,02} = 980 \ texto {N}
Impacto de um objeto que se move horizontalmente
Agora, suponha que você queira saber a força de impacto de um carro de 2.200 kg viajando a 20 metros por segundo e que bate em uma parede durante um teste de segurança. A distância de parada neste exemplo é a zona de dobra do carro, ou a distância pela qual o carro encurta com o impacto. Suponha que o carro esteja espremido o suficiente para ser três quartos de metro mais curto do que antes do impacto. Novamente, o primeiro passo é definir as equações para energia - desta vez energia cinética - e trabalhar de forma igual entre si e resolver para força.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ implica F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
A etapa final é conectar os valores do problema na equação de força:
F = \ frac {1/2 (2.200) (20) ^ 2} {0,75} = 586.667 \ texto {N}