Wie unterscheidet sich Kraft vom Impuls? + Beispiel

Wie unterscheidet sich Kraft vom Impuls? + Beispiel
Anonim

In vielen Fällen beobachten wir Änderungen in der Geschwindigkeit eines Objekts, wissen jedoch nicht, wie lange die Kraft ausgeübt wurde. Impuls ist das Integral der Kraft. Es ist die Änderung des Impulses. Und es ist nützlich für die Annäherung von Kräften, wenn wir nicht genau wissen, wie Objekte bei einer Kollision zusammenwirken.

Beispiel 1: Wenn Sie zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einem Auto mit 50 km / h die Straße entlangfahren und später anhalten, wissen Sie nicht, wie viel Kraft aufgewendet wurde, um das Auto zum Stehen zu bringen. Wenn Sie die Bremsen leicht betätigen, bleiben Sie über längere Zeit stehen. Wenn Sie fest auf die Bremse drücken, kommen Sie in sehr kurzer Zeit zum Stehen.

Sie können berechnen, wie stark sich der Impuls geändert hat. Der Impuls eines angehaltenen Autos ist Null. Und der Impuls eines fahrenden Autos ist gleich der Masse mal der Geschwindigkeit.

#delp = mv - p_f #

Diese Impulsänderung ist der Impuls.

Ein Auto mit einem Gewicht von 1000 kg bei 50 km / h hat einen Impuls, der gegeben wird durch:

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

Lassen Sie uns das für die Benutzerfreundlichkeit in Newtons umwandeln:

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

Wenn wir das Auto in 1 Sekunde anhalten möchten, muss die durchschnittliche Kraft 13880 N betragen. Wenn wir 2 Sekunden haben, um das Auto anzuhalten, kann dies mit der Hälfte dieser Kraft geschehen:

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

Wenn Sie ein sehr festes Objekt wie einen Baum oder einen Betonblock treffen, hat das Auto nur sehr wenig Zeit, um anzuhalten. Die beteiligten Kräfte werden enorm. Das Anhalten in 1 Sekunde mit einer gleichmäßigen Kraft erfordert einen Bremsweg von 7 Metern. Das ist ein sehr schwerer Stopp. Bei einem Anhalteweg von nur 1 cm hat das Auto nur noch 0,07 Sekunden, um anzuhalten. Die Haltekraft wird groß.

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

Die gewöhnliche Bewegung eines Autos ist mit einer gewöhnlichen Videokamera leicht zu beobachten. Eine Kollision zwischen festen Objekten ist nicht so einfach.

Beispiel 2: Ein Baseballfeld, das mit 40 m / s geworfen wurde, wird von einem Schläger getroffen und schlägt mit 45 m / s über die Mittelfeldwand. Die Geschwindigkeitsänderung beträgt 85 m / s (denken Sie daran, dass sie sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt, nachdem sie getroffen wurde). Wenn wir die Masse des Balls kennen, können wir den Impuls berechnen. Es ist jedoch eine Hochgeschwindigkeitskamera erforderlich, um festzustellen, wie lange der Ball mit dem Schläger in Kontakt war. Wir können den Impuls berechnen und mit dieser Information eine gute Annäherung an die durchschnittliche und maximale Kraft machen.