In che modo la forza differisce dall'impulso? + Esempio

In che modo la forza differisce dall'impulso? + Esempio
Anonim

In molti casi osserviamo cambiamenti nella velocità di un oggetto ma non sappiamo per quanto tempo è stata esercitata la forza. Impulso è l'integrale della forza. È il cambiamento di quantità di moto. Ed è utile per approssimare le forze quando non sappiamo esattamente come gli oggetti interagiscono in una collisione.

Esempio 1: se stai viaggiando lungo la strada in un'auto a 50 km / h in un dato momento e ti fermi più tardi, non sai quanta forza è stata utilizzata per fermare l'auto. Se premi leggermente i freni, ti fermerai per un lungo periodo di tempo. Se premi i freni con fermezza, ti fermerai in brevissimo tempo.

Puoi calcolare quanto è cambiato il momento. L'impulso di un'auto fermata ferma è zero. E l'impulso di una macchina in movimento è uguale alla massa moltiplicata per la velocità.

#delp = mv - p_f #

Questo cambiamento nella quantità di moto è l'impulso.

Un'auto da 1000 kg a 50 km / h ha un momento dato da:

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

Convertiamolo in Newton per facilità d'uso:

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

Se vogliamo fermare l'auto in 1 secondo, la forza media dovrà essere 13880 N. Se avremo 2 secondi per fermare la macchina, si può fare con metà di questa forza:

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

Riconoscere che se si colpisce un oggetto molto solido come un albero o un blocco di cemento, l'auto ha pochissimo tempo per fermarsi. Le forze coinvolte diventano enormi. Fermarsi in 1 secondo con una forza uniforme richiede 7 metri di distanza di arresto. Questa è una tappa molto difficile. Data una distanza di arresto di appena 1 cm, l'auto avrà solo 0,07 secondi per fermarsi. La forza di arresto diventa enorme.

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

Il solito movimento di un'auto è facile da osservare con una normale videocamera. Una collisione tra oggetti solidi non è così semplice.

Esempio 2: considera un campo da baseball che è stato lanciato a 40 m / s è colpito da un pipistrello e si dirige verso la parete centrale del campo a 45 m / s. Il cambio di velocità è di 85 m / s (ricorda che sta viaggiando nella direzione opposta dopo essere stato colpito). Conoscendo la massa della palla possiamo calcolare l'impulso. Ma serve una telecamera ad altissima velocità per determinare per quanto tempo la palla è stata in contatto con la mazza. Possiamo calcolare l'impulso e con questa informazione fare una buona approssimazione della forza media e massima.