Під час удару енергія об’єкта, що рухається, перетворюється на роботу, і сила відіграє важливу роль. Щоб створити рівняння сили будь-якого удару, ви можете встановити рівняння енергії і працювати, рівні одна одній, і вирішувати силу. Звідси розрахувати силу удару порівняно просто.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Для розрахунку сили удару розділіть кінетичну енергію на відстань.
Вплив та енергія
Енергія визначається як здатність виконувати роботу. Під час удару енергія предмета перетворюється на роботу. Енергія рухомого об'єкта називається кінетичною енергією і дорівнює половині маси об'єкта, помноженому на квадрат його швидкості:
KE = \ frac {1] {2} mv ^ 2
Думаючи про силу удару падаючого предмета, ви можете розрахувати енергію об’єкта в точці його удару, якщо знаєте висоту, з якої він був скинутий. Цей тип енергії відомий як гравітаційна потенційна енергія, і вона дорівнює масі об'єкта, помноженій на висоту, з якої він був скинутий, і прискорення, обумовлене гравітацією:
PE = mgh
Вплив і робота
Робота відбувається, коли застосовується сила для переміщення предмета на певну відстань. Отже, робота дорівнює силі, помноженій на відстань:
W = Fd
Оскільки сила є складовою роботи, а вплив - це перетворення енергії в роботу, ви можете використовувати рівняння для енергії та роботи, щоб вирішити силу удару. Пройдена відстань, коли робота виконується ударом, називається зупинкою. Це відстань, яку пройшов рухомий об’єкт після удару.
Вплив падаючого об'єкта
Припустимо, ви хочете знати силу удару скелі масою один кілограм, яка падає з висоти двох метрів і заглиблюється в сантиметри в глибину пластикової іграшки. Першим кроком є встановлення рівнянь для гравітаційної потенціальної енергії та робота, рівна одна одній, і розв’язування сили.
W = PE = Fd = mgh \ означає F = \ frac {mgh} {d}
Другим і останнім кроком є підключення значень із задачі до рівняння сили. Не забувайте використовувати метри, а не сантиметри, для всіх відстаней. Відстань від зупинки в два сантиметри повинна бути виражена двома сотими метрами. Крім того, прискорення внаслідок гравітації на Землі завжди становить 9,8 метра в секунду в секунду. Сила удару від породи буде:
F = \ frac {(1) (9.8) (2)} {0.02} = 980 \ text {N}
Вплив від об’єкта, що рухається горизонтально
Тепер припустимо, ви хочете знати силу удару 2200-кілограмового автомобіля, що рухається зі швидкістю 20 метрів в секунду і врізається в стіну під час перевірки безпеки. Відстань зупинки в цьому прикладі - це зона пом’ятості автомобіля або відстань, на яку автомобіль скорочується при ударі. Припустимо, машина вичавлена досить, щоб бути на три чверті метра коротше, ніж була до удару. Знову ж таки, першим кроком є встановлення рівнянь енергії - на цей раз кінетичної енергії - і робота, рівна одна одній, і вирішення для сили.
W = KE = Fd = \ frac {1} {2} mv ^ 2 \ означає F = \ frac {1/2 mv ^ 2} {d}
Останній крок - підключення значень із задачі до рівняння сили:
F = \ frac {1/2 (2200) (20) ^ 2} {0,75} = 586667 \ текст {N}