แรงแตกต่างจากแรงกระตุ้นอย่างไร + ตัวอย่าง

ในหลายกรณีเราสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงความเร็วของวัตถุ แต่เราไม่ทราบว่าแรงนั้นกระทำนานเท่าใด แรงกระตุ้นเป็นส่วนประกอบสำคัญของแรง มันคือการเปลี่ยนแปลงในโมเมนตัม และมันมีประโยชน์สำหรับการประมาณแรงเมื่อเราไม่รู้ว่าวัตถุมีปฏิกิริยาอย่างไรในการชน

ตัวอย่างที่ 1: ถ้าคุณเดินทางไปตามถนนในรถที่ 50 กม. / ชม. ในบางเวลาและคุณมาหยุดในภายหลังคุณไม่ทราบว่ามีการใช้กำลังมากเท่าใดในการนำรถมาหยุด หากคุณกดเบรกเบา ๆ คุณจะต้องหยุดชะงักเป็นเวลานาน หากคุณกดเบรกอย่างมั่นคงคุณจะหยุดในเวลาอันสั้น

คุณสามารถคำนวณได้ว่าโมเมนตัมเปลี่ยนแปลงไปเท่าใด โมเมนตัมของรถหยุดที่หยุดอยู่ที่ศูนย์ และโมเมนตัมของรถที่กำลังเคลื่อนที่เท่ากับมวลคูณความเร็ว

#delp = mv - p_f #

การเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมนี้เป็นแรงกระตุ้น

รถ 1,000 กิโลกรัมที่ 50 กม. / ชม. มีแรงกระตุ้นจาก:

#delp = 1000 * 50 - 0 = 50,000 (kg * km) / h #

มาแปลงเป็นนิวตันเพื่อให้ง่ายต่อการใช้งาน:

# 50000 * 1,000 m / (km) * 3600 s / h = 13880 N * s #

หากเราต้องการหยุดรถใน 1 วินาทีแรงเฉลี่ยจะต้องเป็น 13880 N ถ้าเรามี 2 วินาทีเพื่อหยุดรถมันสามารถทำได้โดยใช้กำลังนี้ครึ่งหนึ่ง:

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

ยอมรับว่าถ้าคุณชนวัตถุที่แข็งมากเช่นต้นไม้หรือบล็อกคอนกรีตรถมีเวลาน้อยมากที่จะหยุด กองกำลังที่เกี่ยวข้องเป็นอย่างมาก การหยุดใน 1 วินาทีด้วยแรงสม่ำเสมอต้องใช้ระยะทางหยุด 7 เมตร นั่นเป็นการหยุดที่ยากมาก เมื่อหยุดระยะทางเพียง 1 ซม. รถยนต์จะมีเวลาหยุดเพียง 0.07 วินาที พลังการหยุดจะยิ่งใหญ่

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

การเคลื่อนไหวตามปกติของรถสามารถสังเกตได้ง่ายด้วยกล้องวิดีโอธรรมดา การชนกันระหว่างวัตถุทึบไม่ใช่เรื่องง่าย

ตัวอย่างที่ 2: พิจารณาสนามเบสบอลที่ถูกขว้างด้วยความเร็ว 40 m / s โดยการตีด้วยไม้เบสบอลและมุ่งหน้าไปที่กำแพงสนามกลางที่ 45 m / s การเปลี่ยนแปลงความเร็วคือ 85 m / s (โปรดจำไว้ว่ามันจะเดินทางไปในทิศทางตรงกันข้ามหลังจากถูกตี) การรู้มวลของลูกบอลเราสามารถคำนวณแรงกระตุ้น แต่ต้องใช้กล้องความเร็วสูงเพื่อกำหนดระยะเวลาที่ลูกบอลสัมผัสกับค้างคาว เราสามารถคำนวณแรงกระตุ้นและด้วยข้อมูลนี้ทำให้การประมาณค่าเฉลี่ยและแรงสูงสุดดีขึ้น