Hvordan afviger kraft fra impuls? + Eksempel

Hvordan afviger kraft fra impuls? + Eksempel
Anonim

I mange tilfælde observerer vi ændringer i et objekts hastighed, men vi ved ikke, hvor længe kraften blev udøvet. Impuls er integralet af kraft. Det er forandringen i momentum. Og det er nyttigt at tilnærme kræfter, når vi ikke ved præcis, hvordan objekter interagerede i en kollision.

Eksempel 1: Hvis du rejser på en bil i en bil på 50 km / t på et tidspunkt, og du kommer til et stop senere, ved du ikke, hvor meget kraft der blev brugt til at standse bilen. Hvis du trykker på bremserne let, vil du stoppe over en lang periode. Hvis du trykker bremserne fast, vil du stoppe på meget kort tid.

Du kan beregne, hvor meget momentum ændret sig. Fremdriften af en stoppet stopbil er nul. Og momentet på en bevægende bil er lig med massetiden hastigheden.

#delp = mv - p_f #

Denne ændring i momentum er impulsen.

En 1000 kg bil ved 50 km / t har et momentum givet af:

#delp = 1000 * 50 - 0 = 50000 (kg * km) / h #

Lad os konvertere det til Newtons for brugervenlighed:

# 50000 * 1000 m / (km) * 3600 s / h = 13880 N * s #

Hvis vi ønsker at stoppe bilen om 1 sekund, skal den gennemsnitlige kraft være 13880 N. Hvis vi har 2 sekunder til at stoppe bilen, kan den ske med halvdelen af denne kraft:

# (13880Ns) / (2s) = 6940 N #

Er du klar over, at hvis du rammer et meget solidt objekt som et træ eller en betonblok, har bilen meget lidt tid til at stoppe. De involverede kræfter bliver enorme. Stop i 1 sekund med ensartet kraft kræver 7 meter stopafstand. Det er et meget hårdt stop. Med en stopafstand på kun 1 cm, vil bilen have bare 0,07 sekunder at komme i stå. Stoppekraften bliver enorm.

# (13880Ns) / (0,07s) = 200000 N #

Den sædvanlige bevægelse af en bil er let at observere med et almindeligt videokamera. En kollision mellem faste objekter er ikke så simpelt.

Eksempel 2: Overvej en baseballhøjde, der blev kastet ved 40 m / s, rammes af en flagermus og hoveder ud over midterfeltvæggen ved 45 m / s. Ændring i hastighed er 85 m / s (husk at den rejser i modsat retning efter at den er ramt). At kende ballens masse kan vi beregne impulsen. Men det tager en meget høj hastighed kamera for at bestemme, hvor længe bolden var i kontakt med flagermus. Vi kan beregne impulsen, og med disse oplysninger får vi en god tilnærmelse af den gennemsnitlige og maksimale kraft.