Jak siła różni się od impulsu? + Przykład

Jak siła różni się od impulsu? + Przykład
Anonim

W wielu przypadkach obserwujemy zmiany prędkości obiektu, ale nie wiemy, jak długo siła była wywierana. Impuls jest całką siły. To zmiana tempa. Jest to przydatne do przybliżania sił, gdy nie wiemy dokładnie, jak obiekty oddziaływały w zderzeniu.

Przykład 1: jeśli podróżujesz samochodem w odległości 50 km / hw pewnym momencie i zatrzymasz się później, nie wiesz, ile siły użyto do zatrzymania samochodu. Jeśli naciśniesz lekko hamulce, zatrzymasz się na długi czas. Jeśli mocno wciśniesz hamulce, zatrzymasz się w bardzo krótkim czasie.

Możesz obliczyć, jak zmienił się pęd. Moment zatrzymania zatrzymanego samochodu wynosi zero. A pęd poruszającego się samochodu jest równy masie pomnożonej przez prędkość.

#delp = mv - p_f #

Ta zmiana pędu jest impulsem.

Samochód o wadze 1000 kg i prędkości 50 km / h ma rozpęd:

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

Zamieńmy to na Newtony, aby ułatwić korzystanie:

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

Jeśli chcemy zatrzymać samochód w 1 sekundę, średnia siła będzie musiała wynosić 13880 N. Jeśli mamy 2 sekundy na zatrzymanie samochodu, można to zrobić za pomocą połowy tej siły:

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

Rozpoznaj, że jeśli uderzysz w bardzo solidny przedmiot, taki jak drzewo lub betonowy blok, samochód ma bardzo mało czasu na zatrzymanie się. Zaangażowane siły stają się ogromne. Zatrzymanie w 1 sekundzie przy jednolitej sile wymaga 7 metrów drogi hamowania. To bardzo trudny przystanek. Przy odległości hamowania wynoszącej zaledwie 1 cm samochód będzie miał zaledwie 0,07 sekundy na zatrzymanie się. Siła zatrzymująca staje się ogromna.

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

Zwykły ruch samochodu jest łatwy do zaobserwowania za pomocą zwykłej kamery wideo. Zderzenie ciał stałych nie jest takie proste.

Przykład 2: Weź pod uwagę boisko do baseballa, które zostało rzucone z prędkością 40 m / s, uderzone przez nietoperza, a głowy wychodzą ponad ścianę środkową pola z prędkością 45 m / s. Zmiana prędkości wynosi 85 m / s (pamiętaj, że po uderzeniu porusza się w przeciwnym kierunku). Znając masę kuli możemy obliczyć impuls. Ale do określenia, jak długo piłka miała kontakt z nietoperzem, potrzebny jest bardzo szybki aparat. Możemy obliczyć impuls i dzięki tej informacji uzyskać pewne dobre przybliżenie średniej i maksymalnej siły.