Med udarcem se energija premikajočega se predmeta pretvori v delo in sila igra pomembno vlogo. Če želite ustvariti enačbo za silo kakršnega koli udarca, lahko nastavite enačbe za energijo in delate med seboj enake ter rešite za silo. Od tod je izračun sile udarca razmeroma enostaven.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Za izračun sile udarca kinetično energijo delimo na razdaljo.
Vpliv in energija
Energija je opredeljena kot sposobnost dela. Med udarcem se energija predmeta pretvori v delo. Energija gibljivega predmeta se imenuje kinetična energija in je enaka polovici mase predmeta, pomnožene s kvadratom njegove hitrosti:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
Ko razmišljate o udarni sili padajočega predmeta, lahko izračunate energijo predmeta na točki udarca, če poznate višino, s katere je padel. Ta vrsta energije je znana kot gravitacijska potencialna energija in je enaka masi predmeta, pomnoženi z višino, s katere je padel, in pospeškom zaradi gravitacije:
PE = mgh
Vpliv in delo
Delo se zgodi, kadar sila deluje za premikanje predmeta na določeno razdaljo. Zato je delo enako sili, pomnoženi z razdaljo:
W = Fd
Ker je sila sestavni del dela, vpliv pa pretvorba energije v delo, lahko enačbe za energijo in delo uporabite za reševanje sile udarca. Prevožena razdalja, ko je delo opravljeno z udarcem, se imenuje zaustavitvena razdalja. To je razdalja, ki jo prevozi premikajoči se objekt, potem ko je prišlo do udarca.
Vpliv padajočega predmeta
Recimo, da želite vedeti udarno silo kamnine z maso enega kilograma, ki pade z višine dveh metrov in se vgradi dva centimetra globoko v plastično igračo. Prvi korak je določiti enačbe za gravitacijsko potencialno energijo in delati enako med seboj ter rešiti za silo.
W = PE = Fd = mgh \ implicira F = \ frac {mgh} {d}
Drugi in zadnji korak je vključitev vrednosti iz problema v enačbo za silo. Ne pozabite uporabiti metrov, ne centimetrov, za vse razdalje. Zavorna razdalja dveh centimetrov mora biti izražena kot dve stotini metra. Tudi pospešek zaradi gravitacije na Zemlji je vedno 9,8 metra na sekundo na sekundo. Sila udarca v skalo bo:
F = \ frac {(1) (9,8) (2)} {0,02} = 980 \ besedilo {N}
Vpliv vodoravno premikajočega se predmeta
Zdaj pa predpostavimo, da želite vedeti, kakšna je sila udarca 2200-kilogramskega avtomobila, ki potuje s hitrostjo 20 metrov na sekundo in med varnostnim preskusom trči v steno. V tem primeru je zaustavitvena razdalja območje zmečkanja avtomobila ali razdalja, za katero se avtomobil skrajša ob trku. Recimo, da je avto dovolj zmečkan, da je tri četrt metra krajši, kot je bil pred trkom. Spet prvi korak je določiti enačbe za energijo - tokrat kinetično energijo - in delovati enako med seboj in reševati za silo.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ implicira F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
Zadnji korak je, da vrednosti iz problema vključimo v enačbo za silo:
F = \ frac {1/2 (2.200) (20) ^ 2} {0,75} = 586.667 \ besedilo {N}