Hoe verschilt kracht van een impuls? + Voorbeeld

Hoe verschilt kracht van een impuls? + Voorbeeld
Anonim

In veel gevallen observeren we veranderingen in de snelheid van een object, maar we weten niet hoe lang de kracht werd uitgeoefend. Impuls is de integraal van kracht. Het is de verandering in momentum. En het is handig om krachten te benaderen wanneer we niet precies weten hoe objecten in een botsing zijn samengegaan.

Voorbeeld 1: als u op een bepaald moment in een auto met 50 km / u langs de weg rijdt en later tot stilstand komt, weet u niet hoeveel kracht er werd gebruikt om de auto tot stilstand te brengen. Als u licht op de remmen drukt, stopt u gedurende een lange tijd. Als u stevig op de rem drukt, stopt u in een zeer korte tijd.

U kunt berekenen hoeveel het momentum is veranderd. Het momentum van een gestopt gestopt auto is nul. En het momentum van een rijdende auto is gelijk aan de massa maal de snelheid.

#delp = mv - p_f #

Deze verandering in momentum is de impuls.

Een auto van 1000 kg met 50 km / h heeft een momentum gegeven door:

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

Laten we dat converteren naar Newtons voor gebruiksgemak:

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

Als we de auto binnen 1 seconde willen stoppen, moet de gemiddelde kracht 13880 N zijn. Als we 2 seconden hebben om de auto te stoppen, kan dit met de helft van deze kracht:

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

Erken dat als je een heel stevig voorwerp raakt zoals een boom of een betonnen blok, de auto heel weinig tijd heeft om tot stilstand te komen. De betrokken krachten worden enorm. Stoppen in 1 seconde met een uniforme kracht vereist 7 meter stopafstand. Dat is een heel moeilijke stop. Met een remafstand van slechts 1 cm heeft de auto slechts 0,07 seconden om tot stilstand te komen. De remkracht wordt enorm.

# (13880Ns) / (0.07s) = 200000 N #

De gebruikelijke beweging van een auto is eenvoudig te observeren met een gewone videocamera. Een botsing tussen vaste objecten is niet zo eenvoudig.

Voorbeeld 2: Overweeg dat een honkbalveld dat werd gegooid met 40 m / s wordt geraakt door een vleermuis en op 45 m / s over de centrale veldmuur uitkomt. De verandering in snelheid is 85 m / s (onthoud dat het in tegengestelde richting rijdt nadat het is geraakt). Als we de massa van de bal kennen, kunnen we de impuls berekenen. Maar er is een zeer hoge snelheidscamera nodig om te bepalen hoe lang de bal in contact was met de knuppel. We kunnen de impuls berekenen en met deze informatie een goede benadering geven van de gemiddelde en maximale kracht.