衝突時には、動く物体のエネルギーが仕事に変換され、力が重要な役割を果たします。衝撃力の方程式を作成するには、エネルギーと仕事の方程式を互いに等しく設定し、力を解くことができます。そこから、衝撃の力を計算するのは比較的簡単です。
TL;DR (長すぎる; 読んでいない)
衝撃力を計算するには、運動エネルギーを距離で割ります。
インパクトとエネルギー
エネルギーは、仕事をする能力として定義されます。衝突中、物体のエネルギーは仕事に変換されます。移動する物体のエネルギーは運動エネルギーと呼ばれ、物体の質量の半分に速度の 2 乗を掛けた値に等しくなります。
KE=\frac{1]{2}mv^2物体が落下するときの衝撃力を考えるとき、物体が落下した高さが分かれば、物体が衝突したときのエネルギーを計算できます。このタイプのエネルギーは重力ポテンシャル エネルギーとして知られており、オブジェクトの質量に落下時の高さと重力による加速度を掛けた値に等しくなります。
PE=mgh 影響と成果
力を加えて物体を一定距離動かすと仕事が発生します。したがって、仕事は力に距離を掛けたものに等しくなります:
W=Fd力は仕事の構成要素であり、衝撃はエネルギーの仕事への変換であるため、エネルギーと仕事の方程式を使用して、衝撃の力を解くことができます。衝撃により作業が完了したときの移動距離を停止距離と呼びます。衝撃が発生した後、移動物体が移動した距離です。
落下物による衝撃
質量 1 キログラムの岩石が 2 メートルの高さから落下し、プラスチック製のおもちゃの深さ 2 センチメートルに沈むときの衝撃力を知りたいとします。最初のステップは、重力ポテンシャル エネルギーと仕事の方程式を互いに等しく設定し、力を解くことです。
W=PE=Fd=mgh \implies F=\frac{mgh}{d}2 番目で最後のステップは、問題からの値を力の式に代入することです。すべての距離に、センチメートルではなくメートルを使用することを忘れないでください。 2 センチメートルの停止距離は、100 分の 2 メートルで表す必要があります。また、地球上の重力による加速度は、常に毎秒 9.8 メートルです。岩からの衝撃力は次のようになります:
F=\frac{(1)(9.8)(2)}{0.02}=980\text{ N} 水平に動く物体からの衝撃
ここで、安全テスト中に 2,200 キログラムの自動車が毎秒 20 メートルで走行し、壁に激突した場合の衝撃力を知りたいとします。この例の停止距離は、車のくしゃくしゃゾーン、つまり衝突時に車が縮む距離です。車が押しつぶされ、衝突前よりも 4 分の 3 メートル短くなったとします。繰り返しますが、最初のステップは、エネルギー (今回は運動エネルギー) の方程式を設定し、互いに等しく働き、力を解くことです。
W=KE=Fd=\frac{1}{2}mv^2 \implements F =\frac{1/2 mv^2}{d}最後のステップは、問題から得た値を力の式に代入することです:
F =\frac{1/2 (2,200)(20)^2}{0.75}=586,667 \text{ N}
