Beräkning av kraften i ett brett spektrum av situationer är avgörande för fysiken. För det mesta är Newtons andra lag (F = ma) allt du behöver, men den här grundläggande metoden är inte alltid det mest direkta sättet att ta itu med varje problem. När du beräknar kraft för ett fallande objekt, finns det några extra faktorer att överväga, inklusive hur högt objektet faller och hur snabbt det kommer till ett stopp. I praktiken är den enklaste metoden för att bestämma fallande objektstyrkan att använda energibesparing som utgångspunkt.
Bakgrund: Bevarande av energi
Energibesparing är ett grundläggande begrepp i fysik. Energi skapas inte eller förstörs, bara förvandlas från en form till en annan. När du använder energi från din kropp (och slutligen den mat du har ätit) för att hämta en boll från marken överför du den energin till gravitationspotentialenergi; När du släpper den blir samma energi kinetisk (rörlig) energi. När bollen träffar marken frigörs energin som ljud, och vissa kan också få bollen att studsa upp igen. Detta begrepp är avgörande när du behöver beräkna fallande objektenergi och kraft.
Energin vid effektpunkten
Energibesparandet gör det enkelt att bestämma hur mycket kinetisk energi ett objekt har strax före stötpunkten. Energin har allt kommit från den gravitationspotential som den tidigare har fallit, så formeln för gravitationspotentialenergi ger dig all information du behöver. Det är:
E = mgh
I ekvationen är m objektets massa, E är energin, g är accelerationen på grund av gravitationskonstanten (9,81 ms - 2 eller 9,81 meter per sekund kvadrat) och h är höjden objektet faller från. Du kan enkelt arbeta ut det här för något objekt som faller så länge du vet hur stor det är och hur högt det är. Arbets-energiprincipen Arbetsenergiprincipen är Den sista pusselbiten när du tränar den fallande objektstyrkan. Denna princip säger att: Genomsnittlig effektkraft × Distansresor = Förändring i kinetisk energi Detta problem behöver den genomsnittliga slagkraften, så omorganiseringen av ekvationen ger: Genomsnittlig påverkan kraft = Förändring i kinetisk energi ÷ Distans som körs Distansavståndet är den enda återstående informationen, och det här är helt enkelt hur långt objektet färdas innan det kommer till ett stopp. Om den tränger in i marken är den genomsnittliga slagkraften mindre. Ibland kallas detta "deformationsbromsavstånd", och du kan använda detta när föremålet deformeras och stoppar, även om det inte tränger in i marken. Ringa avståndet som reste efter påverkan d, och noterar att förändringen i kinetisk energi är densamma som gravitationspotentialenergin kan den kompletta formeln uttryckas som: Genomsnittlig slagkraft = mgh ÷ d Slutför beräkningen Den svåraste delen att träna ut när du beräknar fallande objektkrafter är det avstånd som reste. Du kan uppskatta detta för att komma med ett svar, men det finns vissa situationer där du kan sätta ihop en fastare figur. Om föremålet deformeras när det påverkar - en frukt som krossar när den träffar marken, till exempel - längden på den del av föremålet som deformeras kan användas som avstånd. En fallande bil är Ett annat exempel eftersom de främre krymplarna från inverkan. Om det antas att det smuler i 50 centimeter, vilket är 0,5 meter, är bilens massa 2 000 kg och den tappas från en höjd av 10 meter. Följande exempel visar hur man slutför beräkningen. Kom ihåg att den genomsnittliga slagkraften = mgh ÷ d, du sätter exempelfigurerna på plats: Genomsnittlig slagkraft = (2000 kg × 9,81 ms - 2 × 10 m) ÷ 0,5 m = 392.400 N = 392.4 kN Där N är symbolen för en Newtons (kraftenheten) och kN betyder kilo-Newtons eller tusentals Newtons. TL; DR (För länge; Läste inte) Bouncing Objects Utarbeta effektkraften när objektet studsar efteråt är mycket svårare. Kraften är lika med hastigheten av förändring av momentum, så för att göra detta måste du veta momentets moment före och efter studsningen. Genom att beräkna förändringen i momentum mellan höst och studsning och dela resultatet med tiden mellan dessa två punkter kan du få en uppskattning av slagkraften.
