În timpul unui impact, energia unui obiect în mișcare este convertită în muncă, iar forța joacă un rol important. Pentru a crea o ecuație pentru forța oricărui impact, puteți seta ecuațiile pentru energie și pentru a lucra egale una cu cealaltă și pentru a rezolva forța. De acolo, calcularea forței unui impact este relativ ușoară.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Pentru a calcula forța impactului, împărțiți energia cinetică la distanță.
Impact și energie
Energia este definită ca abilitatea de a lucra. În timpul unui impact, energia unui obiect este transformată în muncă. Energia unui obiect în mișcare se numește energie cinetică și este egală cu jumătate din masa obiectului de ori pătratul vitezei sale:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
Când vă gândiți la forța de impact a unui obiect în cădere, puteți calcula energia obiectului la punctul său de impact dacă știți înălțimea de la care a fost scăpat. Acest tip de energie este cunoscut sub numele de energie potențială gravitațională și este egal cu masa obiectului înmulțită cu înălțimea de la care a fost scăzută și accelerația datorată gravitației:
PE = mgh
Impact și muncă
Munca are loc atunci când se aplică o forță pentru a muta un obiect la o anumită distanță. Prin urmare, munca este egală cu forța înmulțită cu distanța:
W = Fd
Deoarece forța este o componentă a muncii și un impact este conversia energiei în muncă, puteți folosi ecuațiile pentru energie și muncă pentru a rezolva forța unui impact. Distanța parcursă atunci când munca este realizată de un impact se numește distanță de oprire. Este distanța parcursă de obiectul în mișcare după ce a avut loc impactul.
Impactul unui obiect în cădere
Să presupunem că doriți să cunoașteți forța de impact a unei roci cu o masă de un kilogram care cade de la o înălțime de doi metri și se încorporează adânc la doi centimetri în interiorul unei jucării de plastic. Primul pas este de a seta ecuațiile pentru energia potențială gravitațională și de a lucra egale între ele și de a rezolva forța.
W = PE = Fd = mgh \ implică F = \ frac {mgh} {d}
Al doilea și ultimul pas este de a conecta valorile problemei în ecuația forței. Nu uitați să folosiți contoare, nu centimetri, pentru toate distanțele. Distanța de oprire de doi centimetri trebuie exprimată ca două sutimi de metru. De asemenea, accelerația datorată gravitației pe Pământ este întotdeauna de 9,8 metri pe secundă pe secundă. Forța de impact din piatră va fi:
F = \ frac {(1) (9.8) (2)} {0.02} = 980 \ text {N}
Impactul unui obiect în mișcare orizontală
Acum, să presupunem că doriți să cunoașteți forța de impact a unei mașini de 2.200 de kilograme care circulă cu 20 de metri pe secundă, care se prăbușește în perete în timpul unui test de siguranță. Distanța de oprire din acest exemplu este zona de zdrobire a mașinii sau distanța cu care mașina se scurtează la impact. Să presupunem că mașina este suficient de strânsă pentru a fi cu trei sferturi de metru mai scurtă decât era înainte de impact. Din nou, primul pas este de a stabili ecuațiile pentru energie - de data aceasta energie cinetică - și de a lucra egal unul cu celălalt și de a rezolva forța.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ implică F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
Ultimul pas este de a conecta valorile problemei în ecuația forței:
F = \ frac {1/2 (2.200) (20) ^ 2} {0.75} = 586.667 \ text {N}