Sådan beregnes styrken af et faldende objekt

Beregning af kraften i en lang række situationer er afgørende for fysikken. Det meste af tiden er Newtons anden lov (F \u003d ma) alt hvad du har brug for, men denne grundlæggende tilgang er ikke altid den mest direkte måde at tackle ethvert problem på. Når du beregner kraft for et faldende objekt, er der et par ekstra faktorer, du skal overveje, herunder hvor højt objektet falder fra, og hvor hurtigt det stopper. I praksis er den enkleste metode til bestemmelse af den faldende objektkraft at bruge konservering af energi som udgangspunkt.
Baggrund: Bevaring af energi

Bevaring af energi er et grundlæggende begreb i fysik. Energi skabes eller ødelægges ikke, bare transformeres fra en form til en anden. Når du bruger energien fra din krop (og i sidste ende den mad, du har spist) til at hente en kugle fra jorden, overfører du den energi til potentiel tyngdekraft; når du frigiver den, bliver den samme energi kinetisk (bevægende) energi. Når bolden rammer jorden, frigives energien som lyd, og nogle kan også få bolden til at hoppe op igen. Dette koncept er afgørende, når du har brug for at beregne faldende genstand og energi.
Energien ved påvirkningspunktet <<> Bevarelse af energi gør det nemt at finde ud af, hvor meget kinetisk energi et objekt har lige før påvirkningspunkt. Energien er alle kommet fra det tyngdepotentiale, den har, før den falder, så formlen for tyngdepotentialenergi giver dig al den information, du har brug for. Det er:

E \u003d mgh

I ligningen er m massens objekt, E er energien, g er accelerationen på grund af tyngdekonstanten (9,81 ms ^{- 2 eller 9,81 meter i sekundet i kvadratet), og h er den højde objektet falder fra. Du kan nemt finde frem til dette objekt for ethvert objekt, der falder, så længe du ved, hvor stort det er, og hvor højt det falder fra. af puslespillet, når du arbejder på den faldende objektkraft. Dette princip siger, at:}

Gennemsnitlig påvirkningskraft × Rejst afstand \u003d Ændring i kinetisk energi

Dette problem har brug for den gennemsnitlige påvirkningskraft, så omarrangering af ligningen giver:

Gennemsnitlig påvirkning kraft \u003d Ændring i kinetisk energi ÷ Afstand tilbagelagt

Den tilbagelagte afstand er det eneste resterende stykke information, og det er simpelthen hvor langt objektet kører inden det stopper. Hvis den trænger ned i jorden, er den gennemsnitlige slagkraft mindre. Nogle gange kaldes dette "deformationsafmatning af afstand", og du kan bruge dette, når objektet deformeres og stopper, selvom det ikke trænger ned i jorden.

Opkald til den tilbagelagte afstand efter påvirkningen d, og bemærke, at ændringen i kinetisk energi er den samme som gravitationspotentialenergien, kan den komplette formel udtrykkes som:

Gennemsnitlig påvirkningskraft \u003d mgh ÷ d
Udfyld beregningen

Den sværeste del at arbejde, når du beregner faldende genstandskræfter, er den tilbagelagte afstand. Du kan estimere, at dette kommer med et svar, men der er nogle situationer, hvor du kan sammensætte en fastere figur. Hvis objektet deformeres, når det påvirker - et stykke frugt, der smadrer, når det for eksempel rammer jorden - kan længden af den del af objektet, som deformeres, bruges som afstand.

En faldende bil er et andet eksempel, fordi fronten smuldrer fra anslaget. Hvis man antager, at den smuldrer sammen i 50 centimeter, hvilket er 0,5 meter, er bilens masse 2.000 kg, og den falder fra en højde på 10 meter, viser følgende eksempel, hvordan man udfører beregningen. Husk, at den gennemsnitlige slagkraft \u003d mgh ÷ d, placerer du eksemplet på tallene:

Gennemsnitlig slagkraft \u003d (2000 kg × 9,81 ms ^{- 2 × 10 m) ÷ 0,5 m \u003d 392.400 N \u003d 392.4 kN}

Hvor N er symbolet for en Newton (kraftenheden) og kN betyder kilo-Newton eller tusinder af Newton.

Tips