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, è possibile impostare equazioni per l'energia e il lavoro uguali tra loro e risolvere per la forza. Da lì, calcolare la forza di un impatto è relativamente semplice.

TL; DR (troppo lungo; non letto)

Per calcolare la forza di impatto, dividere l'energia cinetica per distanza. F \u003d (0,5 * m * v ^ 2) ÷ d
Impatto ed Energia

L'energia è definita come la capacità di svolgere un lavoro. Durante un impatto, l'energia di un oggetto viene convertita in lavoro. L'energia di un oggetto in movimento si chiama energia cinetica ed è pari a metà della massa dell'oggetto per il quadrato della sua velocità: KE \u003d 0,5 × m × v ^ 2. Quando si pensa alla forza di impatto di un oggetto che cade, è possibile calcolare l'energia dell'oggetto nel suo punto di impatto se si conosce l'altezza da cui è stato lasciato cadere. Questo tipo di energia è conosciuta 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 \u003d m × g × h.
Impact and Work

Il lavoro si verifica quando viene applicata una forza per spostare un oggetto a una certa distanza. Pertanto, il lavoro è uguale alla forza moltiplicata per la distanza: W \u003d F × d. Poiché la forza è una componente del lavoro e un impatto è la conversione dell'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 distanza di arresto. È la distanza percorsa dall'oggetto in movimento dopo che si è verificato l'impatto.
Impatto da un oggetto che cade

Supponi di voler conoscere la forza di impatto di una roccia con una massa di un chilogrammo che cade da un altezza di due metri e si incastra di 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 la forza. W \u003d PE è F × d \u003d m × g × h, quindi F \u003d (m × g × h) ÷ d. Il secondo e ultimo passo è quello di collegare i valori del problema all'equazione per forza. Ricorda di usare i contatori, non i 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 \u003d 980 Newton.
Impatto da un oggetto in movimento orizzontale

Ora supponi di volere 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 sgualcitura della macchina, o la distanza di riduzione della vettura all'impatto. Supponiamo che l'auto sia abbastanza stretta da essere più corta di tre quarti di 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 uguali tra loro e risolvere la forza. W \u003d KE è F × d \u003d 0,5 × m × v ^ 2, quindi F \u003d (0,5 × m × v ^ 2) ÷ d. Il passaggio finale consiste nell'inserire i valori del problema nell'equazione per forza: (0,5 × 2,200 chilogrammi × (20 metri /secondo) ^ 2) ÷ 0,75 metri \u003d 586,667 Newton.