衝撃力計算機
オブジェクトが別のオブジェクトと衝突したときに衝撃の力を計算します。
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影響力を理解する
衝撃力は、自動車の安全性やスポーツ機器の設計から建設工学、航空宇宙に至るまで、物理学の最も重要な概念の一つです。 この包括的なガイドは、それがどのように機能するか、そしてそれが日常と科学的なアプリケーションの両方で重要である何の影響力が何であるかを探求します。
衝撃力とは?
2つのオブジェクトが衝突し、非常に短い期間にわたって大きな力を体験したときに衝撃力が起こります。 この相互作用は、通常、運動量とエネルギーの急激な転送で結果します。 一定の力とは違って、衝撃力は加速時間グラフの鋭いスパイクとして頻繁に出現する非常に短い時間の期間の非常に大きい加速を作り出します。
影響力の種類
衝撃力は速度に基づいて分類することができます:
- 低い速度の影響:10以下 m/s - ドロップツール、スポーツボールなどの例
- 中速度の影響:10-50 m/s - ハリケーン、車のクラッシュからの破片を含む例
- 高速度の影響:50万トン m/s - 銃器からの弾丸を含む例
- Hypervelocityの影響:2.5 km/秒以上 - 隕石の影響を含む例
衝撃力の背後にある物理学
影響力は複数の主物理学の主義を伴います:
モメンタムの保全
衝突中、システムの総勢は一定のまま(外部力がない)。 この原則は、オブジェクトが衝撃後にどのように動作するかを理解するのに役立ちます。
エネルギー移転
衝撃は、弾性コリジョンで保存したり、部分的に他の形態(熱、音、変形)に変換される可能性がある運動エネルギーの転送を含みます。
衝突時間
衝撃の持続時間は力の大きさに劇的に影響を及ぼします。 運動量が変化しても、衝撃力が高まり、衝撃時間が短くなります。
要因 影響力に影響を与える
いくつかの要因は、衝撃力の影響の大きさと影響に影響を及ぼします。
- 質量:より大きい質量は一般に大きい衝撃力で結果をもたらします
- 速度:より高い速度は指数関数的に大きい衝撃力を作り出します
- 衝撃の時間:より短い衝突時間はより大きい衝撃力に導きます
- 物質的な特性:伸縮性がある物と異なって堅い材料の移動力
- 影響の角度:直接衝撃は1つを磨くよりより多くのエネルギーを移します
リアルタイムアプリケーション
自動車工学
車両のクリンプゾーンは、衝突時に衝撃時間を延長するように設計されています。これにより、乗客が経験するピーク力を削減できます。
スポーツの安全
ヘルメットおよび保護装置は傷害から選手を保護する衝撃エネルギーを吸収し、配るために設計されています。
建築設計
地震、風負荷、構造設計時に他の力の影響力のためにエンジニアは考慮しなければなりません。
製品設計
ドロップテストでは、消費者の電子機器は、日常の事故からの影響力に耐えることができます。
一般的な誤解
- より多くの質量は常により多くのダメージを意味します。質量は衝撃力に影響を与えますが、材料特性や衝撃幾何学などの他の要因により、関係は常に線形ではありません。
- 衝撃力は重量を等ります:衝撃力は、特に高速で、オブジェクトの体重よりも多くの倍になります。
- すべての衝突は同じです:弾性と激突の衝突は、エネルギーを別々に分配し、異なる衝撃力をもたらします。
高度なコンセプト
基本的な計算を超えて、影響力は次のような複雑な行動を伴う。
- 圧力波:材料による力の伝播
- 変形力学:急速なローディングに材料がどのように反応するか
- 物質的な失敗:衝撃力が物質的な強さを超過するとき
- 末端の速度:空気抵抗が自由落下の目的の重量を等しいとき
安全工学および影響力
業界全体の安全工学において、衝撃力を理解することが不可欠です。
- 入居者を保護する耐圧車両の設計
- 有効な個人保護装置(ヘルメット、落下保護)の作成
- 重要な用途にインパクトのある素材を開発
- 消費者製品の安全基準の確立
衝撃力の方式
物体が衝突したときに発生する力です。 衝撃力のための方式はあります:
所在地:
- F =インパクトフォース(ニュートン)
- m = 質量(キログラム単位)
- v = 速度(メートル/秒)
- t = 衝撃時間(秒単位)
計算方法
衝撃力を計算するには、次の手順に従ってください。
-
1キログラムのオブジェクトの質量を測定または決定する
-
21秒あたりのメートルのオブジェクトの速度を測定または決定する
-
3衝撃時間を秒単位で測定するか、決定して下さい
-
4速度によって固まりを乗って下さい
-
5インパクトタイムで結果を分割し、ニュートンの衝撃力を得る
実用的な例
例1車のクラッシュ
衝撃時間0.1秒の20m/sの壁に1000kgのクラッシュの固まりの車。 衝撃力を計算します。
F = 1000のkgの× 20のm/s/0.1のs
F = 20,000 / 0.1
F = 200,000 N
例2野球ヒット
0.001秒の衝撃時間で、0.145 kgの質量を有する野球が40m/sで当たる。 衝撃力を計算します。
F = 0.145のkgの× 40のm/s/0.001のs
F = 5.8 / 0.001
F = 5,800 N
例3ハンマーストライク
1 kgの質量を持つハンマーは、0.01秒の衝撃時間で10 m /秒で爪を打つ。 衝撃力を計算します。
F = 1キロ×10メートル/秒/ 0.01秒
F = 10 / 0.01
F = 1,000 N