Počas nárazu sa energia pohybujúceho sa objektu premení na prácu a dôležitú úlohu hrá sila. Ak chcete vytvoriť rovnicu pre silu ľubovoľného nárazu, môžete nastaviť rovnice pre energiu a pracovať navzájom rovnako a vyriešiť pre silu. Odtiaľ je výpočet sily nárazu pomerne ľahký.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Na výpočet sily nárazu vydelte kinetickú energiu vzdialenosťou.
Dopad a energia
Energia je definovaná ako schopnosť vykonávať prácu. Počas nárazu sa energia objektu premení na prácu. Energia pohybujúceho sa objektu sa nazýva kinetická energia a rovná sa jednej polovici hmotnosti objektu krát druhá mocnina jeho rýchlosti:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
Keď uvažujete o sile nárazu padajúceho predmetu, môžete vypočítať energiu objektu v mieste jeho nárazu, ak poznáte výšku, z ktorej spadol. Tento typ energie je známy ako gravitačná potenciálna energia a rovná sa hmotnosti objektu vynásobenej výškou, z ktorej spadol, a gravitačným zrýchlením:
PE = mgh
Dopad a práca
Práca nastane, keď sa na presun objektu do určitej vzdialenosti použije sila. Preto sa práca rovná sile vynásobenej vzdialenosťou:
W = Fd
Pretože sila je súčasťou práce a nárazom je premena energie na prácu, môžete použiť rovnice pre energiu a prácu na riešenie sily nárazu. Dojazdná vzdialenosť, keď sa práca dosiahne nárazom, sa nazýva dorazová vzdialenosť. Je to vzdialenosť, ktorú prejde pohybujúci sa objekt po náraze.
Dopad padajúceho objektu
Predpokladajme, že chcete poznať nárazovú silu skaly s hmotnosťou jedného kilogramu, ktorá padá z výšky dvoch metrov a vnorí sa do plastovej hračky hlboko dva centimetre. Prvým krokom je nastavenie rovníc pre gravitačnú potenciálnu energiu a prácu rovnocennú s ostatnými a riešenie pre silu.
W = PE = Fd = mgh \ znamená F = \ frac {mgh} {d}
Druhým a posledným krokom je zapojenie hodnôt z úlohy do rovnice sily. Nezabudnite na všetky vzdialenosti použiť metre, nie centimetre. Dorazová vzdialenosť dva centimetre musí byť vyjadrená ako dve stotiny metra. Aj gravitačné zrýchlenie na Zemi je vždy 9,8 metra za sekundu za sekundu. Sila nárazu z horniny bude:
F = \ frac {(1) (9,8) (2)} {0,02} = 980 \ text {N}
Dopad z horizontálne sa pohybujúceho objektu
Teraz predpokladajme, že chcete vedieť, akú nárazovú silu má 2 200-kilogramové auto idúce rýchlosťou 20 metrov za sekundu, ktoré počas skúšky bezpečnosti narazilo do steny. Dorazová vzdialenosť v tomto príklade je deformačná zóna automobilu alebo vzdialenosť, o ktorú sa automobil pri náraze skráti. Predpokladajme, že auto je natlačené natoľko, aby bolo o trištvrte metra kratšie, ako bolo pred nárazom. Prvým krokom je opäť nastavenie energetických rovníc - tentoraz kinetickej energie - a vzájomné fungovanie a riešenie sily.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ znamená F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
Posledným krokom je zapojenie hodnôt z problému do rovnice sily:
F = \ frac {1/2 (2 200) (20) ^ 2} {0,75} = 586 667 \ text {N}
