Durante un impatto, l'energia di un oggetto in movimento viene convertita in lavoro e la forza gioca un ruolo importante. Per creare un'equazione per la forza di qualsiasi impatto, puoi impostare le equazioni per energia e lavoro uguali tra loro e risolvere per forza. Da lì, calcolare la forza di un impatto è relativamente facile.

TL; DR (Troppo lungo, non letto)

Per calcolare la forza dell'impatto, dividere l'energia cinetica in base alla distanza. F = (0,5 * m * v ^ 2) ÷ d

Impatto ed energia

L'energia è definita come la capacità di fare lavoro. Durante un impatto, l'energia di un oggetto viene convertita in lavoro. L'energia di un oggetto in movimento è chiamata energia cinetica ed è uguale alla metà della massa dell'oggetto per il quadrato della sua velocità: KE = 0,5 × m × v ^ 2. Quando si pensa alla forza d'impatto di un oggetto che cade, è possibile calcolare l'energia dell'oggetto al suo punto d'impatto se si conosce l'altezza da cui è caduto. Questo tipo di energia è nota come energia potenziale gravitazionale ed è uguale alla massa dell'oggetto moltiplicata per l'altezza da cui è stata rilasciata e l'accelerazione dovuta alla gravità: PE = m × g × h.

Impatto e Lavoro

Il lavoro si verifica quando viene applicata una forza per spostare un oggetto a una certa distanza. Pertanto, il lavoro è uguale alla forza moltiplicato per la distanza: W = F × d. Poiché la forza è una componente del lavoro e un impatto è la conversione di energia in lavoro, è possibile utilizzare le equazioni per l'energia e il lavoro per risolvere la forza di un impatto. La distanza percorsa quando il lavoro è compiuto da un impatto è chiamata la distanza di arresto. È la distanza percorsa dall'oggetto in movimento dopo che si è verificato l'impatto.

Impatto da un oggetto che cade

Supponiamo che tu voglia conoscere la forza d'impatto di una roccia con una massa di un chilogrammo che cade da un'altezza di due metri e si incastra per due centimetri all'interno di un giocattolo di plastica. Il primo passo è impostare le equazioni per l'energia potenziale gravitazionale e lavorare uguali tra loro e risolvere per forza. W = PE è F × d = m × g × h, quindi F = (m × g × h) ÷ d. Il secondo e ultimo passaggio consiste nel collegare i valori del problema nell'equazione per la forza. Ricorda di usare metri, non centimetri, per tutte le distanze. La distanza di arresto di due centimetri deve essere espressa in due centesimi di metro. Inoltre, l'accelerazione dovuta alla gravità sulla Terra è sempre di 9,8 metri al secondo al secondo. La forza di impatto dalla roccia sarà: (1 kg × 9,8 m /s ^ 2 × 2 m) ÷ 0.02 m = 980 Newton.

Impatto da un oggetto in movimento orizzontale

Ora Supponiamo che tu voglia conoscere la forza d'urto di un'auto da 2.200 chilogrammi che viaggia a 20 metri al secondo che si schianta contro un muro durante un test di sicurezza. La distanza di arresto in questo esempio è la zona di accartocciamento della macchina, o la distanza con la quale l'auto si accorcia all'impatto. Supponiamo che l'auto sia schiacciata a sufficienza da essere più corta di tre quarti di un metro rispetto a prima dell'impatto. Ancora una volta, il primo passo è impostare le equazioni per l'energia - questa volta energia cinetica - e lavorare l'una con l'altra e risolvere per forza. W = KE è F × d = 0,5 × m × v ^ 2, quindi F = (0,5 × m × v ^ 2) ÷ d. Il passaggio finale consiste nel collegare i valori del problema nell'equazione per la forza: (0,5 × 2.200 chilogrammi × (20 metri /secondo) ^ 2) ÷ 0,75 metri = 586,667 Newton.