Bir çarpma sırasında, hareket eden bir nesnenin enerjisi işe dönüştürülür ve kuvvet önemli bir rol oynar. Herhangi bir çarpma kuvveti için bir denklem oluşturmak için, enerji ve iş için denklemleri birbirine eşit ayarlayabilir ve kuvvet için çözebilirsiniz. Oradan, bir darbenin kuvvetini hesaplamak nispeten kolaydır.
TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)
Çarpma kuvvetini hesaplamak için kinetik enerjiyi mesafeye bölün.
Etki ve Enerji
Enerji, iş yapabilme yeteneği olarak tanımlanır. Bir çarpma sırasında, bir nesnenin enerjisi işe dönüştürülür. Hareket eden bir cismin enerjisine kinetik enerji denir ve cismin kütlesinin yarısı ile hızının karesinin çarpımına eşittir:
KE=\frac{1]{2}mv^2
Düşen bir cismin çarpma kuvvetini düşünürken, düşürüldüğü yüksekliği biliyorsanız, cismin çarpma noktasındaki enerjisini hesaplayabilirsiniz. Bu enerji türü yerçekimi potansiyel enerjisi olarak bilinir ve cismin kütlesi ile düşürüldüğü yükseklik ve yerçekiminden kaynaklanan ivmenin çarpımına eşittir:
PE=mg
Etki ve İş
İş, bir nesneyi belirli bir mesafeye taşımak için bir kuvvet uygulandığında meydana gelir. Bu nedenle, iş kuvvetin mesafeyle çarpımına eşittir:
W=Fd
Kuvvet işin bir bileşeni olduğundan ve etki de enerjinin işe dönüştürülmesi olduğundan, bir çarpma kuvvetini çözmek için enerji ve iş için denklemleri kullanabilirsiniz. İş bir darbe ile tamamlandığında kat edilen mesafeye durma mesafesi denir. Çarpma meydana geldikten sonra hareketli cismin kat ettiği mesafedir.
Düşen Bir Nesnenin Etkisi
İki metre yükseklikten düşen ve plastik bir oyuncağın içine iki santimetre derinlikte gömülen bir kilogramlık bir kayanın çarpma kuvvetini bilmek istediğinizi varsayalım. İlk adım, yerçekimi potansiyel enerjisi ve birbirine eşit iş için denklemleri kurmak ve kuvveti çözmektir.
W=PE=Fd=mgh \ifadesi F=\frac{mgh}{d}
İkinci ve son adım, problemdeki değerleri kuvvet denklemine eklemektir. Tüm mesafeler için santimetre değil, metre kullanmayı unutmayın. İki santimetrelik durma mesafesi, metrenin yüzde ikisi olarak ifade edilmelidir. Ayrıca, Dünya'daki yerçekimi ivmesi her zaman saniyede 9,8 metredir. Kayadan gelen çarpma kuvveti şöyle olacaktır:
F=\frac{(1)(9.8)(2)}{0.02}=980\text{ N}
Yatay Hareket Eden Bir Nesneden Etki
Şimdi, bir güvenlik testi sırasında bir duvara çarpan saniyede 20 metre hızla giden 2.200 kilogramlık bir arabanın çarpma kuvvetini bilmek istediğinizi varsayalım. Bu örnekteki durma mesafesi, otomobilin buruşma bölgesi veya çarpma anında otomobilin kısaldığı mesafedir. Arabanın çarpmadan önceki halinden dörtte üç metre daha kısa olacak kadar ezildiğini varsayalım. Yine ilk adım, enerji - bu sefer kinetik enerji - denklemlerini kurmak ve birbirine eşit çalışmak ve kuvveti çözmek.
W=KE=Fd=\frac{1}{2}mv^2 \ifadesi F = \frac{1/2 mv^2}{d}
Son adım, problemdeki değerleri kuvvet denklemine eklemektir:
F = \frac{1/2 (2.200)(20)^2}{0.75}=586.667 \text{ N}