Calculating the force in a wide range of situations is crucial to physics. Most of the time, Newton’s second law (F = ma) is all you need, but this basic approach isn’t always the most direct way to tackle every problem. When you’re calculating force for a falling object, there are a few extra factors to consider, including how high the object is falling from and how quickly it comes to a stop. In practice, the simplest method for determining the falling object force is to use the conservation of energy as your starting point.
Background: The Conservation of Energy
The conservation of energy is a fundamental concept in physics. Energy isn’t created or destroyed, just transformed from one form into another. When you use the energy from your body (and ultimately the food you’ve eaten) to pick up a ball from the ground, you’re transferring that energy into gravitational potential energy; when you release it, that same energy becomes kinetic (moving) energy. When the ball strikes the ground, the energy is released as sound, and some may also cause the ball to bounce back up. This concept is crucial when you need to calculate falling object energy and force.
The Energy at the Impact Point
The conservation of energy makes it easy to work out how much kinetic energy an object has just before the point of impact. The energy has all come from the gravitational potential it has before falling, so the formula for gravitational potential energy gives you all the information you need. It is:
E = mgh
In the equation, m is the mass of the object, E is the energy, g is the acceleration due to gravity constant (9.81 m s−2 or 9.81 meters per second squared), and h is the height the object falls from. You can work this out easily for any object that falls as long as you know how big it is and how high it falls from.
The Work-Energy Principle
The work-energy principle is the last piece of the puzzle when you’re working out the falling object force. This principle states that:
text{average impact force}times text{ distance traveled} = text{ change in kinetic energy}
This problem needs the average impact force, so rearranging the equation gives:
text{average impact force} = frac{text{change in kinetic energy}}{text{distance traveled}}
The distance traveled is the only remaining piece of information, and this is simply how far the object travels before coming to a stop. If it penetrates into the ground, the average impact force is smaller. Sometimes this is called the “deformation slow down distance,” and you can use this when the object deforms and comes to a stop, even if it doesn’t penetrate into the ground.
Calling the distance traveled after impact d, and noting that the change in kinetic energy is the same as the gravitational potential energy, the complete formula can be expressed as:
text{average impact force}=frac{mgh}{d}
Completing the Calculation
The hardest part to work out when you calculate falling object forces is the distance traveled. You can estimate this to come up with an answer, but there are some situations where you can put together a firmer figure. If the object deforms when it makes impact – a piece of fruit that smashes as it hits the ground, for example – the length of the portion of the object that deforms can be used as distance.
A falling car is another example because the front crumples from the impact. Assuming that it crumples in 50 centimeters, which is 0.5 meters, the mass of the car is 2,000 kg, and it is dropped from a height of 10 meters, the following example shows how to complete the calculation. Remembering that the average impact force = mgh ÷ d, you put the example figures in place:
text{average impact force}=frac{2000text{ kg}times 9.81text{ m/s}^2times 10text{ m}}{0.5text{ m}}=392,400text{ N} = 392.4text{ kN}
Where N is the symbol for a Newtons (the unit of force) and kN means kilo-Newtons or thousands of Newtons.
Tips
-
Bouncing Objects
Working out the impact force when the object bounces afterward is a lot more difficult. The force is equal to the rate of change of momentum, so to do this you need to know the momentum of the object before and after the bounce. By calculating the change in momentum between the fall and the bounce and dividing the result by the amount of time between these two points, you can get an estimate for the impact force.
Расчет силы в широком диапазоне ситуаций имеет решающее значение для физики. В большинстве случаев второй закон Ньютона (F = ma) — это все, что вам нужно, но этот базовый подход не всегда является самым прямым способом решения любой проблемы. Когда вы рассчитываете силу для падающего объекта, необходимо учитывать несколько дополнительных факторов, в том числе то, насколько высоко объект падает и как быстро он останавливается. На практике самый простой метод определения силы падающего объекта — использовать сохранение энергии в качестве отправной точки.
Справочная информация: сохранение энергии
Сохранение энергии является фундаментальной концепцией в физике. Энергия не создается и не разрушается, она просто превращается из одной формы в другую. Когда вы используете энергию своего тела (и, в конечном счете, пищу, которую вы съели), чтобы поднять мяч с земли, вы переводите эту энергию в потенциальную гравитационную энергию; когда вы отпускаете ее, та же самая энергия становится кинетической (движущейся) энергией. Когда мяч ударяется о землю, энергия высвобождается в виде звука, а некоторые могут также вызвать отскок мяча вверх. Эта концепция имеет решающее значение, когда вам нужно рассчитать энергию и силу падающего объекта.
Энергия в точке удара
Сохранение энергии позволяет легко определить, сколько кинетической энергии имеет объект непосредственно перед точкой удара. Вся энергия взята из гравитационного потенциала, который она имела до падения, поэтому формула для гравитационной потенциальной энергии дает вам всю необходимую информацию. Это:
E = MGH
В уравнении m — масса объекта, E — энергия, g — ускорение, вызванное гравитационной постоянной (9, 81 мс — 2 или 9, 81 метра в секунду в квадрате), а h — высота, с которой падает объект. Вы можете легко решить эту проблему для любого объекта, который падает, если вы знаете, насколько он велик и с какого высоты падает.
Принцип работы-энергии
Принцип рабочей энергии — это последний кусочек головоломки, когда вы отрабатываете силу падающего объекта. Этот принцип гласит, что:
Средняя сила удара × Пройденное расстояние = Изменение кинетической энергии
Эта проблема требует средней силы удара, поэтому перестановка уравнения дает:
Средняя сила удара = изменение кинетической энергии ÷ пройденного расстояния
Пройденное расстояние — это единственная оставшаяся часть информации, и это просто то, как далеко объект проходит до остановки. Если он проникает в землю, средняя сила удара меньше. Иногда это называется «расстояние замедления деформации», и вы можете использовать его, когда объект деформируется и останавливается, даже если он не проникает в землю.
Называя расстояние, пройденное после удара d, и отмечая, что изменение кинетической энергии совпадает с потенциальной гравитационной энергией, полная формула может быть выражена как:
Средняя сила удара = мГн ÷ д
Завершение расчета
Самая сложная часть при расчете силы падающего объекта — это пройденное расстояние. Вы можете оценить это, чтобы придумать ответ, но в некоторых ситуациях вы можете составить более четкую фигуру. Если объект деформируется при воздействии — например, фрукт, который разбивается при ударе о землю, — длина части объекта, которая деформируется, может использоваться в качестве расстояния.
Падающая машина — еще один пример, потому что передняя часть сжимается от удара. Предполагая, что он сминается в 50 сантиметров, что составляет 0, 5 метра, масса автомобиля составляет 2000 кг, и его сбрасывают с высоты 10 метров, в следующем примере показано, как выполнить расчет. Помня о том, что средняя ударная сила = mgh ÷ d, вы помещаете примерные цифры на место:
Средняя сила удара = (2000 кг × 9, 81 мс — 2 × 10 м) ÷ 0, 5 м = 392 400 Н = 392, 4 кН
Где N — символ ньютонов (единица силы), а kN — килоньютоны или тысячи ньютонов.
подсказки
-
Прыгающие объекты
Рассчитать силу удара, когда объект подпрыгивает потом, намного сложнее. Сила равна скорости изменения импульса, поэтому для этого нужно знать импульс объекта до и после отскока. Рассчитав изменение импульса между падением и отскоком и разделив результат на количество времени между этими двумя точками, вы можете получить оценку силы удара.
|
|
Вычисление силы удара при падение тела
|
|
01/03/13 |
Нужно найти F (в Ньютонах или кгс) тела падающего с высоты (h) и массой (m). Учитывать: g=9.81; сопротивление тела с воздухом (ρ=1,225 кг⁄м3); сопротивление тела с поверхностью. Можно учитывать и другие параметры — тем точнее.
|
|
|
|
 |
01.03.2013, 17:08 
|
Nokiandr |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
|
01/03/13 |
Неужели никто не знает как это вычислить? Тут нормальный форум — или приколисты! Мне это очень нужно, я не физик — это для судебной медицины.
|
|
|
|
|
|
Xey |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
||
07/07/09 |
Тут хоть точно, хоть очень приближенно получается много.
|
||
|
|
|||
|
|
Oleg Zubelevich |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
|
10/02/11 |
|
|
|
|
|
|
Nokiandr |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
|
01/03/13 |
Значит просто сила. Я же признался, что я не физик. Поэтому не стоит заниматься ерундой, объясняя, что есть в физике, а что нет. Я просил, чтобы написали мне, правильны ли мои вычисления и как вычислить сопротивление тела в воде или на другой поверхности. Я только нашел формулу для вычисления волнового сопротивления полупогруженного тела в воде, но это вроде не то.
|
|
|
|
|
|
Утундрий |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
||
15/10/08 |
Nokiandr Вы пришли не по адресу. Здесь по настроению решают задачки, но вряд ли найдётся хоть один желающий взять на себя ответственность за чью-то жизнь, путём оказания бесплатных консалтинговых услуг непойми-разбери-кому. Шли бы вы… в компетентные органы, что ли.
|
||
|
|
|||
|
|
nikvic |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
||
06/04/10 |
Сила тяжести 80 кг действует на пути 100 м . А тормозящая сила действует (если на асфальт ) на пути порядка 0.1 м. Видел я пудовую гирю, выкинутую с 16-го этажа. Даже ручка ушла «»под уровень.
|
||
|
|
|||
|
|
Nokiandr |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
|
01/03/13 |
Nokiandr Вы пришли не по адресу. Здесь по настроению решают задачки, но вряд ли найдётся хоть один желающий взять на себя ответственность за чью-то жизнь, путём оказания бесплатных консалтинговых услуг непойми-разбери-кому. Шли бы вы… в компетентные органы, что ли. Какая ответственность за жизнь. Информация, о которой я требую не будет иметь практического применения
|
|
|
|
|
|
Утундрий |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
||
15/10/08 |
Информация, о которой я требую не будет иметь практического применения Это ваше заднее слово?
|
||
|
|
|||
|
|
arseniiv |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
||
27/04/09 |
Пока получается, что сила удара равна 8000 кгс — 78 кгс= 7922 кгс? Не знаю, как учесть сопротивление об поверхность Не складывается вместе. «Пока получается» «сила» от нуля до бесконечности (если асфальт идеально твёрдый). Кроме того, одной силы недостаточно — на разные части тела действуют разные силы, по-разному меняющиеся во времени и зависящие от формы тела — и их не совсем понятно как находить, и их влияние на бедного человека — тоже. Давайте лучше эксперименты проводить.
|
||
|
|
|||
|
|
nestoronij |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
|
09/02/12 |
В обществе, где нет дифференциации цвета штанов, можно рассмотреть импульс силы, учитывая, что человек шмякнется в течении 0.1с о Землю. Потом ему кирдык и далее решать не надо.
|
|
|
|
|
|
Утундрий |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
||
15/10/08 |
|||
|
|
|||
|
|
Xey |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
||
07/07/09 |
Видел я пудовую гирю, выкинутую с 16-го этажа. Даже ручка ушла «»под уровень. От тела вмятин на асфальте вроде бы не остается. Радиус головы чуть больше 0.1 м. Кстати , недавно воздушный шар рухнул , кажется с 300 м. на на пашню, так трое уцелели
|
||
|
|
|||
|
|
Nokiandr |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
|
01/03/13 |
Может силу удара расчитать в ньютонах это равносильно мерять течение воды в реке в люменах. Тогда давайте измерять импульс в джоулях.
|
|
|
|
|
|
nikvic |
Re: Вычисление силы удара при падение тела
|
||
06/04/10 |
(Оффтоп) От тела вмятин на асфальте вроде бы не остается. Радиус головы чуть больше 0.1 м. Но стекла в столовой мозги разбивали…
|
||
|
|
|||
|
Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы
Содержание
- — Как узнать с какой скоростью падает тело?
- — Как быстро падает человек?
- — Сколько времени падает парашютист?
- — Почему все предметы падают с одинаковой скоростью?
- — Как найти высоту с которой падает тело?
- — Как найти силу удара при падении?
- — Можно ли выжить при падении с большой высоты в воду?
- — Как зависит время падения тел от их массы?
- — Что происходит с телом человека при падении с большой высоты?
- — Какой скоростью падает парашютист?
- — Какой скоростью приземляется парашютист?
- — Сколько метров в секунду падает парашютист?
- — Почему все предметы падают вниз?
- — Почему все тела падают на Землю?
- — Какие предметы падают быстрее?
Рекордсмен достиг скорости 900 км/ч. … В 2005 году Луиджи Кани установил мировой рекорд скорости (прыжок в тропосфере), достигнутой в свободном падении — 553 км/ч. В 2012 году Феликс Баумгартнер установил новый мировой рекорд скорости в свободном падении, развив скорость 1342 километра в час.
Как узнать с какой скоростью падает тело?
Ускорение и скорость при свободном падении
g=γM(R+h)2(1), где γ=6,67⋅10−11Н⋅м2кг2- гравитационная постоянная; M — масса Земли; R — радиус Земли. Если расстояние, с которого падает тело много меньше, чем радиус Земли ( h≪R), то ускорение свободного падения считают постоянной величиной, равной: g=γMR2≈9,8 (мс2)(2).
Как быстро падает человек?
Дело в том, что по мере увеличения вертикальной скорости возрастает и сопротивление воздуха, и в какой-то момент скорость падения достигает предела. Подсчитано, что тело человека в свободном падении в среднем развивает 99% от его предельной (критической) скорости, пролетев 573 метра. Обычно это занимает 13-14 секунд.
Сколько времени падает парашютист?
Обычно с 4000 метров. Высота открытия парашюта 800—1000 метров. Время в свободном падении 50—70 секунд. В случае отказа основного открытие запасного должно быть произведено до высоты 600 метров.
Почему все предметы падают с одинаковой скоростью?
— все тела в безвоздушном пространстве падают на землю с одинаковым ускорением, или иначе, сила притяжения не зависит от массы тела; — при наличии воздуха они падают с разной скоростью из-за того, что воздух оказывает на их падение разное сопротивление.
Как найти высоту с которой падает тело?
В данном случае можем воспользоватся формулой H = (g*t^2) / 2. Где H — искомая высота g-ускорение свободного падения равное 9.8 м/c^2 t-время падения.
Как найти силу удара при падении?
Найдем среднюю силу удара. Из второго закона Ньютона в импульсной форме получим, что F = dp / dt, где dp — в данном случае определяется как скорость v мяча, умноженная на его массу m. Получаем F = vm / dt = 1 кг * 10 м/с / 0.05 с = 200 Н.
Можно ли выжить при падении с большой высоты в воду?
Падение в воду не представляет опасности только при падении с высоты не более 45 метров. … Упав в воду, вы также можете утонуть, так как, скорее всего, потеряете сознание от удара о ее поверхность. Шансы на выживание заметно повысятся, если вода находится в бурлящем состоянии.
Как зависит время падения тел от их массы?
Ответ: 1)-скорость и ускорение свободного падения тел на землю зависят от массы тела – тело большей массы (и веса) имеет большее ускорение, чем тело с меньшей массой.
Что происходит с телом человека при падении с большой высоты?
Одним из общих признаков падения с высоты является преобладание внутренних повреждений, возникающих от сотрясения тела, над наружными, образующимися в момент удара о поверхность. … Так, при падении на ноги возможны вколоченные переломы костей голени и бедер, а также круговые переломы костей основания черепа.
Какой скоростью падает парашютист?
Для парашютистов, например, предельная скорость составляет от 190 км/ч при максимальном сопротивлении воздуха, когда они падают плашмя, раскинув руки, до 240 км/ч при нырянии «рыбкой» или «солдатиком».
Какой скоростью приземляется парашютист?
С раскрытым парашютом человек опускается со скоростью около 20 километров в час. Это скорость движения трамвая. Сильный толчок испытают люди в трамвае, если он внезапно остановится. Вот такой же толчок испытывает парашютист в момент приземления.
Сколько метров в секунду падает парашютист?
Для парашютиста, летящего плашмя, предельная скорость — 190 км/ч или 53 м/с.
Почему все предметы падают вниз?
Каждый предмет (даже самый маленький) инициирует притяжение к себе всего остального. Но из-за того, что масса Земли гораздо больше массы чем мы все вместе взятые, она это межчеловеческое/межпредметное тяготение перетягивает на себя, но при этом наше межчеловеческое/межпредметное тяготение никуда не исчезает.
Почему все тела падают на Землю?
Си́ла тя́жести — сила, действующая на любое физическое тело вблизи поверхности астрономического объекта (планеты, звезды) и складывающаяся из силы гравитационного притяжения этого объекта и центробежной силы инерции, вызванной его суточным вращением.
Какие предметы падают быстрее?
Когда на Землю падает легкое тело, то Земля придвигается к нему на меньшее расстояние, чем в случае падения тяжелого. При этом скорость падения в обоих случаях будет одинакова, а вот пройденное расстояние будет зависеть от массы. Именно поэтому тяжелое тело всегда будет достигать Земли быстрее, чем легкое.
Интересные материалы:
Кому подходит пепельно русый цвет волос?
Кому подходит светло серый цвет?
Кто окрашивает лакмус в красный цвет?
Кто придумал красный цвет?
Кто снял клип Киркорова цвет настроения синий?
Кто стоит на своем цвете в шахматах?
Почему айфон поменял цвет экрана?
Почему антифриз меняет свой цвет?
Почему антифриз в системе стал рыжего цвета?
Почему арбуз красного цвета?
Содержание
- — Как найти ускорение свободного падения Зная высоту и время?
- — Как узнать с какой скоростью падает тело?
- — Как найти скорость зная только высоту?
- — Какая скорость свободного падения человека?
- — Как найти время зная скорость физика?
- — Как найти силу удара при падении?
- — Как расчитать скорость свободного падения?
- — Сколько падать с высоты 10 км?
- — В каком движении находится тело в свободном падении?
- — Как найти скорость с ускорением?
- — Как определить есть ли начальная скорость?
- — Как найти скорость имея массу и скорость?
- — Сколько метров в секунду падает парашютист?
- — Какую максимальную скорость развивает человек при свободном падении?
- — Чем больше высота тем больше скорость падения?
Как найти ускорение свободного падения Зная высоту и время?
h=gt22 h = g t 2 2 . Отсюда находится выражение для времени падения тела с высоты h : t=√2hg t = 2 h g .
Как узнать с какой скоростью падает тело?
Ускорение и скорость при свободном падении
g=γM(R+h)2(1), где γ=6,67⋅10−11Н⋅м2кг2- гравитационная постоянная; M — масса Земли; R — радиус Земли. Если расстояние, с которого падает тело много меньше, чем радиус Земли ( h≪R), то ускорение свободного падения считают постоянной величиной, равной: g=γMR2≈9,8 (мс2)(2).
Как найти скорость зная только высоту?
В данном случае можем воспользоватся формулой H = (g*t^2) / 2. Где H — искомая высота g-ускорение свободного падения равное 9.8 м/c^2 t-время падения. Тогда скорость сможем рассчитать по формуле V=g*t.
Какая скорость свободного падения человека?
Скорость свободного падения человека (при обычной плотности воздуха) ~ 55 м/с, это около 200 км/ч (190 — 240 смотря как падать, «плашмя» или «солдатиком»).
Как найти время зная скорость физика?
Если известна скорость и расстояние, то можно найти время: t = s : v.
Как найти силу удара при падении?
Найдем среднюю силу удара. Из второго закона Ньютона в импульсной форме получим, что F = dp / dt, где dp — в данном случае определяется как скорость v мяча, умноженная на его массу m. Получаем F = vm / dt = 1 кг * 10 м/с / 0.05 с = 200 Н.
Как расчитать скорость свободного падения?
Ускорение свободного падения в упрощённом виде можно рассчитать по формуле g = F m , которая получается из формулы F = m ⋅ g , где F — сила тяжести либо вес тела в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, m — масса тела, которое притягивает планета, g — ускорение свободного падения.
Сколько падать с высоты 10 км?
10 километров без парашюта: инструкция для тех, кто выпал из самолета Руководство по выживанию при падении с десятикилометровой высоты. Скорость падения – 190 км/ч, время падения – 3 минуты.
В каком движении находится тело в свободном падении?
Ускорение свободного падения всегда направлено к центру Земли. Вблизи поверхности Земли величина силы тяжести считается постоянной, поэтому свободное падение тела — это движение тела под действием постоянной силы. Следовательно, свободное падение — это равноускоренное движение.
Как найти скорость с ускорением?
V = V0 + а*t
Итак, чтобы найти скорость, к начальной скорости прибавляем произведение ускорения на время. Если V0 = 0, то V = а*t. Чтобы найти время, нужно вначале найти разность между скоростью в данный момент и начальной скоростью, затем полученный результат разделить на ускорение.
Как определить есть ли начальная скорость?
Если известны пройденное расстояние, время и ускорение, для определения начальной скорости можно использовать следующее соотношение:
- Vi = (d / t) — [(a * t) / 2]
- В эту формулу входят следующие величины: Vi — начальная скорость d — пройденное расстояние a — ускорение t — время
Как найти скорость имея массу и скорость?
E кин = m ⋅ v 2 2 . Чтобы рассчитать массу или скорость, формулу преобразуют следующим образом: m = 2 ⋅ E кин v 2 и v = 2 ⋅ E кин m . С увеличением массы тела в линейной зависимости увеличивается также и его кинетическая энергия.
Сколько метров в секунду падает парашютист?
Сопротивление воздуха изменяет скорость падения парашютиста. В первые мгновения скорость падения парашютиста увеличивается, а потом, под действием возрастающей силы сопротивления воздуха, становится постоянной. На 11–12 секунде после прыжка человек приобретает постоянную скорость падения – около 60 метров в секунду.
Какую максимальную скорость развивает человек при свободном падении?
В 2005 году Луиджи Кани установил мировой рекорд скорости (прыжок в тропосфере), достигнутой в свободном падении — 553 км/ч. В 2012 году Феликс Баумгартнер установил новый мировой рекорд скорости в свободном падении, развив скорость 1342 километра в час.
Чем больше высота тем больше скорость падения?
Дело в том, что по мере увеличения вертикальной скорости возрастает и сопротивление воздуха, и в какой-то момент скорость падения достигает предела. Подсчитано, что тело человека в свободном падении в среднем развивает 99% от его предельной (критической) скорости, пролетев 573 метра. Обычно это занимает 13-14 секунд.
Интересные материалы:
Можно ли сидеть целый день на кефире?
Можно ли сказать килограммов?
Можно ли смешать какао и кофе?
Можно ли смешивать бензин 95 и 100?
Можно ли смешивать дневной крем с тональным?
Можно ли смыть хну шампунем?
Можно ли со своей едой в аквапарк?
Можно ли собирать ягоды у дороги?
Можно ли собирать ландыши в Беларуси?
Можно ли собирать малину сразу после дождя?