Impulse es una especie de personaje olvidado en la producción de la etapa científica que es la mecánica clásica. En ciencias físicas, hay una cierta coreografía practicada en juego en términos de las reglas que gobiernan el movimiento. Esto ha dado lugar a las diversas leyes de conservación de la ciencia física. Piense en el impulso por ahora como "la fuerza de la vida real de una fuerza determinada". (Ese lenguaje tendrá sentido pronto !) Es un concepto crítico para comprender cómo reducir activamente la fuerza experimentada por un objeto en una colisión. En un mundo dominado por objetos grandes que transportan humanos a altas velocidades a todas horas, es una buena idea tener un gran contingente de ingenieros del mundo trabajando para ayudar a que los vehículos (y otras máquinas en movimiento) sean más seguros utilizando los principios básicos de la física. El impulso, matemáticamente, es el producto de la fuerza y el tiempo promedio , y es equivalente a un cambio en el momento. Aquí se proporcionan las implicaciones y la derivación del teorema impulso-momento, junto con una serie de ejemplos que ilustran la importancia de poder manipular el componente de tiempo de la ecuación. para cambiar el nivel de fuerza experimentado por un o objeto en el sistema en cuestión. Las aplicaciones de ingeniería se refinan y diseñan continuamente en torno a la relación entre la fuerza y el tiempo en un impacto. Como tal, los principios de impulso han desempeñado un papel en, o al menos ayudó a explicar, muchas características modernas de seguridad. Estos incluyen cinturones de seguridad y asientos de automóvil, la capacidad de los edificios altos de "ceder" ligeramente con el viento y por qué un boxeador o luchador que rueda con un golpe (es decir, se sumerge en la misma dirección en que se mueve el puño o pie del oponente) menos daño que uno que está rígido. El impulso (J) se define como el cambio en el momento total p ("delta p", escrito ∆p ) de un objeto desde el inicio establecido de un problema (tiempo t Los sistemas pueden tener muchos objetos en colisión a la vez , cada uno con sus propias masas, velocidades y momentos individuales. Sin embargo, esta definición de impulso a menudo se usa para calcular la fuerza experimentada por un solo objeto durante una colisión. Una clave aquí es que el tiempo utilizado es el tiempo de colisión Recuerde que el momento de un objeto es su masa veces su velocidad. Cuando un automóvil disminuye la velocidad, su masa (probablemente) no cambia, pero su velocidad sí lo hace, por lo que mediría el impulso aquí estrictamente durante el período de tiempo en que el automóvil cambia de su velocidad inicial a su velocidad final. Al reorganizar algunas ecuaciones básicas, se puede demostrar que para una fuerza constante F La mayoría de las fuerzas, para mejor o para peor, no son constantes durante la duración de un problema; una fuerza pequeña puede convertirse en una fuerza grande o viceversa. Esto cambia la ecuación a J \u003d F net∆t. Encontrar este valor requiere el uso de cálculo para integrar la fuerza durante el intervalo de tiempo t Todo esto lleva al teorema impulso-momento: En conjunto, impulso \u003d J \u003d ∆p \u003d m∆v \u003d F net∆t (teorema impulso-momento). El teorema se desprende de la segunda ley de Newton (más sobre esto a continuación), que se puede escribir F net \u003d ma . De esto se deduce que F net∆t \u003d ma∆t (multiplicando cada lado de la ecuación por ∆t). De esto, sustituyendo a \u003d (v f - v i) /∆t, obtienes [m (v f - v i) /∆t] ∆t. Esto se reduce a m (v f - v i), que es el cambio en el momento ∆p. T, su ecuación, sin embargo, solo funciona para fuerzas constantes (es decir, cuando la aceleración es constante para situaciones en las que la masa no cambia). Para una fuerza no constante, que es la mayoría de ellas en aplicaciones de ingeniería, se requiere una integral para evaluar sus efectos durante el período de tiempo de interés, pero el resultado es el mismo que en el caso de fuerza constante, incluso si el camino matemático hacia este resultado no es: Puede imaginar un "tipo" de colisión dado que puede repetirse innumerables veces: la desaceleración de un objeto de masa m desde una velocidad conocida dada v a cero. Esto representa una cantidad fija para objetos con masa constante, y el experimento podría ejecutarse varias veces (como en la prueba de choque de automóvil). La cantidad puede representarse por m∆v. Desde el teorema impulso-momento, sabes que esta cantidad es igual a F net∆t para una situación física dada. Dado que el producto es fijo pero las variables F net y ∆t pueden variar individualmente, puede forzar la fuerza a un valor más bajo encontrando un medio de extender t, en este caso la duración del evento de colisión. Dicho de otra manera, el impulso se fija dados los valores específicos de masa y velocidad. Eso significa que cada vez que F Esta es la esencia de los dispositivos de seguridad subyacentes físicos como las bolsas de aire y los cinturones de seguridad, que aumentan el tiempo que le toma a un cuerpo humano cambiar su impulso. alguna velocidad a (generalmente) cero. Esto disminuye la fuerza que experimenta el cuerpo. Incluso si el tiempo se reduce solo en microsegundos, una diferencia que las mentes humanas no pueden observar, arrastrando el tiempo que una persona disminuye la velocidad al ponerlos en contacto con una bolsa de aire durante mucho más tiempo que un golpe corto en el tablero puede reducir drásticamente las fuerzas que se sienten en ese cuerpo. El impulso y el impulso tienen las mismas unidades, así que no son el tipo de ¿la misma cosa? Esto es casi como comparar la energía térmica con la energía potencial; No hay una forma intuitiva de gestionar la idea, solo las matemáticas. Pero en general, puede pensar en el impulso como un concepto de estado estacionario, como el impulso que tiene caminando a 2 m /s. Imagine que su impulso cambia porque se topa con alguien que camina un poco más lento que usted. La misma dirección. Ahora imagine que alguien se encuentra con usted de frente a 5 m /s. Las implicaciones físicas de la diferencia entre simplemente "tener" impulso y experimentar diferentes cambios en el impulso son enormes. Calculando el impulso: ejemplo Hasta la década de 1960, los atletas que participaron en el salto de altura, que implica eliminar un delgada barra horizontal de aproximadamente 10 pies de ancho, generalmente aterrizada en un pozo de aserrín. Una vez que se puso a disposición una colchoneta, las técnicas de salto se volvieron más atrevidas, porque los atletas podían aterrizar con seguridad sobre sus espaldas. El récord mundial en el salto de altura es de poco más de 8 pies (2,44 m). Usando la ecuación de caída libre v f 2 \u003d 2ad con a \u003d 9.8 m /s 2 yd \u003d 2.44 m, encuentra que un objeto está cayendo a 6.92 m /s cuando golpea el suelo desde esta altura, un poco más de 15 millas por hora. ¿Cuál es la fuerza experimentada por un saltador de 70 kg (154 lb) de altura que cae desde esta altura y se detiene en un tiempo de 0.01 segundos? ¿Qué pasa si el tiempo se incrementa a 0.75 segundos? J \u003d m∆v \u003d (70) (6.92 - 0) \u003d 484.4 kg⋅m /s Para t \u003d 0.01 (sin tapete , solo tierra): F \u003d J /∆t \u003d (484.4 /0.01) \u003d 48,440 N Para t \u003d 0.75 (tapete, aterrizaje "blando"): F \u003d J /∆t \u003d (484.4 /0.75 ) \u003d 646 N El saltador que aterriza en la colchoneta experimenta menos del 1.5 por ciento de la fuerza que ejerce la versión de él mismo. Cualquier estudio de conceptos como como impulso, impulso, inercia e incluso masa, debe comenzar tocando al menos brevemente las leyes básicas del movimiento determinadas por el científico Isaac Newton de los siglos XVII y XVIII. Newton ofreció un marco matemático preciso para describir y predecir el comportamiento de los objetos en movimiento, y sus leyes y ecuaciones no solo abrieron puertas en su día, sino que siguen siendo válidas hoy excepto para las partículas relativistas. La primera ley de movimiento de Newton, la ley de inercia La segunda ley del movimiento de Newton establece que las fuerzas actúan para acelerar los objetos con masa. Cuando la fuerza neta en un sistema es cero, siguen una serie de propiedades intrigantes del movimiento. Matemáticamente, esta ley se expresa F \u003d ma. La tercera ley de movimiento de Newton establece que para cada fuerza F que existe, también existe una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta (–F). Probablemente pueda intuir que esto tiene implicaciones interesantes cuando se trata del lado contable de las ecuaciones de la ciencia física. Propiedades conservadas en física Si un sistema no interactúa con el entorno externo, entonces ciertas propiedades relacionado con su movimiento no cambia desde el comienzo de ningún intervalo de tiempo definido hasta el final de ese intervalo de tiempo. Esto significa que están conservados La masa, el momento (dos tipos) y la energía son las propiedades conservadas más famosas en física ciencia. Lineal El momento y el momento angular se conservan a pesar de que los pasos matemáticos necesarios para probar cada ley son diferentes, ya que se utilizan diferentes variables para propiedades análogas.
Impulse resumido
Definición formal de impulso
\u003d 0) a un tiempo especificado t
.
, o cuánto tiempo los objetos colisionados están realmente en contacto entre sí.
Ecuaciones para impulso
, el cambio en el momento ump que resulta de esa fuerza, o m∆v \u003d m (v f - v i), también es igual a F∆t ("F delta t"), o la fuerza multiplicada por el intervalo de tiempo durante el cual actúa.
< li> Las unidades de impulso aquí son, por lo tanto, newton-segundos ("fuerza-tiempo"), al igual que con el impulso, como lo requieren las matemáticas. Esta no es una unidad estándar, y como no hay unidades de impulso SI, la cantidad a menudo se expresa en sus unidades base, kg⋅m /s.
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Consejos
Derivación del teorema Impulse-Momentum
Implicaciones del mundo real
se incrementa, t
debe disminuir en una cantidad proporcional y viceversa. Por lo tanto, al aumentar el tiempo de una colisión, la fuerza debe reducirse; el impulso no puede cambiar a menos que algo más sobre los cambios de colisión.
Impulse y Momentum, Comparado
Las leyes de movimiento de Newton
, establece que un objeto con una velocidad constante (incluyendo v \u003d 0) permanece en ese estado de movimiento a menos que sea actuado por una fuerza externa. Una implicación es que no se requiere fuerza para mantener un objeto en movimiento, independientemente de la velocidad; la fuerza es necesaria solo para cambiar su velocidad.
. Nada desaparece o aparece literalmente de la nada; si es una propiedad conservada, debe haber existido anteriormente o continuará existiendo "para siempre".
de un objeto giratorio se encuentra utilizando la ecuación mvr, donde r es el vector desde el eje de rotación hasta el objeto.
