Durante un impacto, la energía de un objeto en movimiento se convierte en trabajo, y la fuerza juega un papel importante. Para crear una ecuación para la fuerza de cualquier impacto, puede establecer las ecuaciones de energía y trabajar igual entre sí y resolver por la fuerza. A partir de ahí, calcular la fuerza de un impacto es relativamente fácil.
TL; DR (Demasiado largo; No lo leyó)
Para calcular la fuerza del impacto, divida la energía cinética por la distancia. F = (0.5 * m * v ^ 2) ÷ d
Impacto y energía
La energía se define como la capacidad de hacer el trabajo. Durante un impacto, la energía de un objeto se convierte en trabajo. La energía de un objeto en movimiento se llama energía cinética, y es igual a la mitad de la masa del objeto multiplicada por el cuadrado de su velocidad: KE = 0.5 × m × v ^ 2. Al pensar en la fuerza de impacto de un objeto que cae, puede calcular la energía del objeto en su punto de impacto si conoce la altura desde la que se cayó. Este tipo de energía se conoce como energía potencial gravitatoria y es igual a la masa del objeto multiplicada por la altura a partir de la cual se cayó y la aceleración debida a la gravedad: PE = m × g × h.
Impacto y Trabajo
El trabajo se produce cuando se aplica una fuerza para mover un objeto a cierta distancia. Por lo tanto, el trabajo es igual a la fuerza multiplicada por la distancia: W = F × d. Debido a que la fuerza es un componente del trabajo y un impacto es la conversión de energía en trabajo, puede usar las ecuaciones de energía y trabajar para resolver la fuerza de un impacto. La distancia recorrida cuando el trabajo se realiza mediante un impacto se denomina distancia de parada. Es la distancia recorrida por el objeto en movimiento después del impacto.
Impacto de un objeto que cae
Supongamos que quiere saber la fuerza de impacto de una roca con una masa de un kilogramo cae desde una altura de dos metros y se incrusta dos centímetros de profundidad dentro de un juguete de plástico. El primer paso es establecer las ecuaciones para la energía potencial gravitacional y trabajar igual entre sí y resolver la fuerza. W = PE es F × d = m × g × h, entonces F = (m × g × h) ÷ d. El segundo y último paso es conectar los valores del problema en la ecuación de fuerza. Recuerde usar metros, no centímetros, para todas las distancias. La distancia de parada de dos centímetros debe expresarse en dos centésimas de metro. Además, la aceleración debida a la gravedad en la Tierra siempre es de 9.8 metros por segundo por segundo. La fuerza de impacto de la roca será: (1 kg × 9.8 m /s ^ 2 × 2 m) ÷ 0.02 m = 980 Newtons.
Impacto de un objeto en movimiento horizontal
ahora supongamos que desea conocer la fuerza de impacto de un automóvil de 2.200 kilogramos que viaja a 20 metros por segundo y que se estrella contra una pared durante una prueba de seguridad. La distancia de parada en este ejemplo es la zona de deformación del automóvil, o la distancia por la cual el automóvil se acorta al impactar. Supongamos que el automóvil está lo suficientemente aplastado como para ser tres cuartas partes de un metro más corto de lo que era antes del impacto. Nuevamente, el primer paso es establecer las ecuaciones de energía, esta vez energía cinética, y trabajar igual entre sí y resolver por la fuerza. W = KE es F × d = 0.5 × m × v ^ 2, entonces F = (0.5 × m × v ^ 2) ÷ d. El último paso es conectar los valores del problema en la ecuación de fuerza: (0,5 × 2,200 kilogramos × (20 metros /segundo) ^ 2) ÷ 0,75 metros = 586,667 Newtons.
