Beräkningen av kraften i ett brett spektrum av situationer är avgörande för fysiken. Merparten av tiden är Newtons andra lag (F \u003d ma) allt du behöver, men denna grundläggande strategi är inte alltid det mest direkta sättet att hantera alla problem. När du beräknar kraft för ett fallande objekt finns det några extra faktorer att tänka på, inklusive hur högt objektet faller från och hur snabbt det stoppar. I praktiken är den enklaste metoden för att bestämma den fallande objektkraften att använda bevarandet av energi som din utgångspunkt.
Bakgrund: Energibesparing

Energibesparing är ett grundläggande begrepp inom fysik. Energi skapas inte eller förstörs, bara omvandlas från en form till en annan. När du använder energin från din kropp (och i slutändan maten du har ätit) för att plocka upp en boll från marken, överför du den energin till gravitationspotentialenergi; när du släpper den blir samma energi kinetisk (rörlig) energi. När bollen slår i marken frigörs energin som ljud, och vissa kan också få bollen att studsa upp igen. Det här konceptet är avgörande när du behöver beräkna fallande föremålenergi och kraft.
Energin vid påverkanspunkten |

Energibesparing gör det enkelt att ta reda på hur mycket kinetisk energi ett objekt har precis före träffpunkt. Energin har alla kommit från den gravitationella potentialen den har innan den faller, så formeln för gravitationspotentialenergi ger dig all information du behöver. Det är:

E \u003d mgh

I ekvationen är m massans objekt, E är energin, g är accelerationen på grund av gravitationskonstanten (9,81 ms ^{- 2 eller 9,81 meter per sekund i kvadrat), och h är den höjd objektet faller från. Du kan enkelt lösa detta för alla objekt som faller så länge du vet hur stort det är och hur högt det faller från.
Work-Energy Principle}

Work-energy-principen är den sista biten av pusslet när du arbetar med den fallande objektkraften. Denna princip säger att:

Genomsnittlig påverkanskraft × Avståndsresa \u003d Förändring i kinetisk energi

Detta problem behöver den genomsnittliga påverkan, så att omordningen av ekvationen ger:

Genomsnittlig påverkan kraft \u003d Förändring i kinetisk energi ÷ Reste avstånd

Det körda avståndet är det enda återstående informationsstycket, och det är helt enkelt hur långt objektet reser innan det stoppar. Om den tränger in i marken är den genomsnittliga slagkraften mindre. Ibland kallas detta för "deformeringsavbromsning", och du kan använda det när objektet deformeras och stoppar, även om det inte tränger in i marken.

Ringa avståndet som körts efter påverkan d, och notera att förändringen i kinetisk energi är densamma som gravitationspotentialenergin, kan den kompletta formeln uttryckas som:

Genomsnittlig påverkan \u003d mgh ÷ d
Slutför beräkningen

Den svåraste delen att räkna ut när du beräknar fallande objektkrafter är det körda avståndet. Du kan uppskatta att detta kommer med ett svar, men det finns vissa situationer där du kan sätta ihop en fastare figur. Om objektet deformeras när det påverkar - en fruktbit som krossar när den träffar till exempel marken - kan längden på den del av objektet som deformeras användas som avstånd.

En fallande bil är ett annat exempel på grund av att de främre skrynklar från stöten. Om man antar att den smälter i 50 centimeter, som är 0,5 meter, är bilens massa 2 000 kg, och den tappas från en höjd av 10 meter, visar följande exempel hur man slutför beräkningen. Kom ihåg att den genomsnittliga slagkraften \u003d mgh ÷ d, sätter du exempelfigurerna på plats:

Genomsnittlig slagkraft \u003d (2000 kg × 9,81 ms ^{- 2 × 10 m) ÷ 0,5 m \u003d 392,400 N \u003d 392,4 kN}

Där N är symbolen för en Newton (kraftenheten) och kN betyder kilo-Newton eller tusentals Newton.

Tips