Under en kollision omvandlas energin i ett rörligt objekt till arbete och kraft spelar en viktig roll. För att skapa en ekvation för kraften för varje påverkan kan du ställa in ekvationerna för energi och arbete lika med varandra och lösa för kraft. Därifrån är det relativt enkelt att beräkna kraften för en inverkan.
TL; DR (för lång; Läste inte)
För att beräkna slagkraften, dela kinetisk energi med avstånd.
Effekt och energi
Energi definieras som förmågan att utföra arbete. Under en kollision omvandlas ett objekts energi till arbete. Energin i ett rörligt objekt kallas kinetisk energi och är lika med hälften av objektets massa gånger kvadratet av dess hastighet:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
När du tänker på slagkraften för ett fallande föremål kan du beräkna objektets energi vid dess slagpunkt om du vet höjden från vilken den tappades. Denna typ av energi är känd som gravitationspotentialenergi och den är lika med objektets massa multiplicerad med höjden från vilken den tappades och accelerationen på grund av tyngdkraften:
PE = mgh
Påverkan och arbete
Arbete inträffar när en kraft appliceras för att flytta ett objekt ett visst avstånd. Därför är arbetet lika med kraft multiplicerat med avstånd:
W = Fd
Eftersom kraft är en komponent i arbetet och en inverkan är omvandlingen av energi till arbete kan du använda ekvationerna för energi och arbeta för att lösa kraften för en inverkan. Avståndet som körs när arbetet utförs av en inverkan kallas stoppavstånd. Det är det avstånd som det rörliga objektet har rest efter att stöten har inträffat.
Påverkan från ett fallande föremål
Antag att du vill veta slagkraften för en sten med en massa på ett kilo som faller från en höjd av två meter och bäddar in sig två centimeter djupt inuti en plastleksak. Det första steget är att ställa in ekvationerna för gravitationspotentialenergi och arbeta lika med varandra och lösa för kraft.
W = PE = Fd = mgh \ innebär F = \ frac {mgh} {d}
Det andra och sista steget är att ansluta värdena från problemet till ekvationen för kraft. Kom ihåg att använda mätare, inte centimeter, för alla avstånd. Stoppavståndet på två centimeter måste uttryckas som två hundradels meter. Också accelerationen på grund av gravitationen på jorden är alltid 9,8 meter per sekund per sekund. Slagkraften från berget kommer att vara:
F = \ frac {(1) (9.8) (2)} {0.02} = 980 \ text {N}
Påverkan från ett horisontellt rörligt objekt
Antag nu att du vill veta slagkraften för en bil på 2200 kilo som reser med 20 meter per sekund och kraschar mot en vägg under ett säkerhetstest. Stoppavståndet i detta exempel är bilens skrynklningszon eller det avstånd som bilen förkortas vid kollision. Anta att bilen är tillräckligt klämd för att vara tre kvarts meter kortare än den var före kollisionen. Återigen är det första steget att ställa in ekvationerna för energi - den här gången kinetisk energi - och arbeta lika med varandra och lösa för kraft.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ innebär F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
Det sista steget är att ansluta värdena från problemet till ekvationen för kraft:
F = \ frac {1/2 (2200) (20) ^ 2} {0,75} = 586,667 \ text {N}