Hvordan er kraft forskjellig fra impuls? + Eksempel

Hvordan er kraft forskjellig fra impuls? + Eksempel
Anonim

I mange tilfeller observerer vi endringer i hastigheten til en gjenstand, men vi vet ikke hvor lenge kraften ble utøvd. Impuls er integralet av kraft. Det er endringen i momentum. Og det er nyttig for å tilnærme krefter når vi ikke vet nøyaktig hvordan objekter interagerer i en kollisjon.

Eksempel 1: Hvis du reiser langs veien i en bil på 50 km / t på et tidspunkt, og du kommer til et stopp senere, vet du ikke hvor mye kraft som ble brukt til å stoppe bilen. Hvis du trykker bremsene lett, vil du stoppe over en lang periode. Hvis du trykker bremsene godt, kommer du til å stoppe på svært kort tid.

Du kan beregne hvor mye momentumet endret seg. Fremdriften til en stoppet stoppbil er null. Og momentum i en bevegelig bil er lik massetider hastigheten.

#delp = mv - p_f #

Denne forandringen i momentum er impulsen.

En 1000 kg bil ved 50 km / t har et momentum gitt av:

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

La oss konvertere det til Newtons for enkel bruk:

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

Hvis vi vil stoppe bilen på 1 sekund, må den gjennomsnittlige kraften være 13880 N. Hvis vi har 2 sekunder å stoppe bilen, kan den gjøres med halvparten av denne kraften:

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

Gjenkjenne at hvis du treffer et veldig solidt objekt som et tre eller en betongblokk, har bilen svært lite tid til å stoppe. De involverte styrkene blir enorme. Stopp på 1 sekund med en jevn kraft krever 7 meter stoppavstand. Det er en veldig vanskelig stopp. Gitt en stoppavstand på bare 1 cm, vil bilen bare ha 0,07 sekunder for å stoppe. Stoppkraften blir enorm.

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

Den vanlige bevegelsen av en bil er lett å observere med et vanlig videokamera. En kollisjon mellom faste objekter er ikke så enkelt.

Eksempel 2: Tenk på en baseballhøyde som ble kastet på 40 m / s, rammet av en flaggermus og hoveder utover midtfeltveggen ved 45 m / s. Endringen i hastighet er 85 m / s (husk at den reiser i motsatt retning etter at den er truffet). Å vite massen av ballen kan vi beregne impulsen. Men det tar et svært høyhastighets kamera for å bestemme hvor lenge ballen var i kontakt med flaggermuset. Vi kan beregne impulsen, og med denne informasjonen får vi en god tilnærming av gjennomsnittlig og maksimal kraft.