Πώς η δύναμη διαφέρει από την ώθηση; + Παράδειγμα

Πώς η δύναμη διαφέρει από την ώθηση; + Παράδειγμα
Anonim

Σε πολλές περιπτώσεις παρατηρούμε αλλαγές στην ταχύτητα ενός αντικειμένου, αλλά δεν γνωρίζουμε πόσο καιρό ασκείται η δύναμη. Η ώθηση είναι το αναπόσπαστο μέρος της δύναμης. Είναι η αλλαγή στην ορμή. Και είναι χρήσιμο για την προσέγγιση δυνάμεων όταν δεν γνωρίζουμε με ακρίβεια πώς τα αντικείμενα αλληλεπιδρούν σε μια σύγκρουση.

Παράδειγμα 1: Εάν ταξιδεύετε κατά μήκος του δρόμου σε ένα αυτοκίνητο με ταχύτητα 50 km / h κάποια στιγμή και σταματήσετε αργότερα, δεν ξέρετε πόση δύναμη χρησιμοποιήθηκε για να σταματήσει το αυτοκίνητο. Αν πατήσετε ελαφρώς τα φρένα, θα σταματήσετε για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αν πιέσετε σταθερά τα φρένα, θα σταματήσετε σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα.

Μπορείτε να υπολογίσετε πόσο άλλαξε η ορμή. Η ορμή ενός σταματημένου αυτοκινήτου είναι μηδέν. Και η ορμή ενός κινούμενου αυτοκινήτου είναι ίση με τη μάζα φορές την ταχύτητα.

#delp = mv - p_f #

Αυτή η αλλαγή στην ορμή είναι η ώθηση.

Ένα αυτοκίνητο 1000 κιλών στα 50 km / h έχει μια δυναμική που δίνεται από:

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

Ας μετατρέψουμε αυτό στο Newtons για ευκολία χρήσης:

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

Αν θέλουμε να σταματήσουμε το αυτοκίνητο σε 1 δευτερόλεπτο, η μέση δύναμη θα πρέπει να είναι 13880 Ν. Αν έχουμε 2 δευτερόλεπτα για να σταματήσουμε το αυτοκίνητο, μπορεί να γίνει με το ήμισυ αυτής της δύναμης:

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

Αναγνωρίστε ότι εάν χτυπήσετε ένα πολύ στερεό αντικείμενο όπως ένα δέντρο ή ένα σκυρόδεμα, το αυτοκίνητο έχει πολύ λίγο χρόνο να σταματήσει. Οι εμπλεκόμενες δυνάμεις γίνονται τεράστιες. Η παύση σε 1 δευτερόλεπτο με ομοιόμορφη δύναμη απαιτεί απόσταση απόστασης 7 μέτρων. Αυτή είναι μια πολύ δύσκολη στάση. Με δεδομένη απόσταση στάσης μόλις 1 cm, το αυτοκίνητο θα έχει μόλις 0,07 δευτερόλεπτα για να σταματήσει. Η δύναμη τερματισμού γίνεται τεράστια.

# (13880Ns) / (0,07s) = 200000 N #

Η συνηθισμένη κίνηση ενός αυτοκινήτου είναι εύκολο να παρατηρηθεί με μια συνηθισμένη βιντεοκάμερα. Μια σύγκρουση μεταξύ στερεών αντικειμένων δεν είναι τόσο απλή.

Παράδειγμα 2: Σκεφτείτε ότι μια πίσσα του μπέιζμπολ που ρίχτηκε στα 40 m / s χτυπιέται από ένα ρόπαλο και κατευθύνεται προς τα έξω πάνω από τον κεντρικό τοίχο σε 45 m / s. Η μεταβολή της ταχύτητας είναι 85 m / s (να θυμάστε ότι ταξιδεύει προς την αντίθετη κατεύθυνση μετά το χτύπημα). Γνωρίζοντας τη μάζα της μπάλας μπορούμε να υπολογίσουμε την ώθηση. Αλλά χρειάζεται μια κάμερα πολύ υψηλής ταχύτητας για να καθορίσει πόσο καιρό η μπάλα ήταν σε επαφή με το ρόπαλο. Μπορούμε να υπολογίσουμε την ώθηση και με αυτές τις πληροφορίες κάνουμε κάποια καλή προσέγγιση της μέσης και της μέγιστης δύναμης.