Элементарный вопрос по физике если не поставил меня в тупик, то завёл чёрт знает куда.
Yilativ: Что-то я зарапортовался. Элементарный вопрос по физике если не поставил меня в тупик, то завёл чёрт знает куда. Итак: Необходимо расчитать силу, с которой тело (с массой m) ударяется о поверхность при свободном падении с высоты (H) (трением о воздух принебречь, высота недостаточна для достижения постоянной скорости).
С чего начались проблемы: При контакте с поверхностью тело имело какую-то скорость, достигнутую при падении под действием силы тяжести. Сила «удара» о поверхность обратнопропорцианальна скорости, с которой тело остановится, т.е. его скорость станет равна нулю. Соответственно, чем твёрже поверхность, тем больше скорость остановки, тем больше сила, с которой тело упадёт.
Пример — Вы упали с 8-го этажа: попали на бетон — разбились в лепёшку, а на картонные коробки — даже не поломались (недаром пожарные растягивают материю для вашего приземления). Значит сила, с которой Вы упали разная и зависит от поверхности. Но получается парадокс — при стремлении скорости остановки к нулю, сила при соприкосновении с поверхностью стремиться к бесконечности.
Физика — импульс силы
А этого не может быть по-определению. Не уж-то надо в «теорию удара» вникать? Там-же дифуры уже, кажись. Казалось, что элементарный вопрос из 6-го класса. Кто поможет?
Ответов — 29
mih: Не совсем понятно что такое скорость остановки? Возможно вы чего-то не учитываете, а именно, что скорость распространения деформации в теле имеет определенную величину, в результате, при ударе должна генерироваться миниударная волна, рассеивающая энергия столкновения. В частности на ровной поверхности в которую ударяет шар, в плоскости поверхности генерируется волна со скоростью выше скорости звука, типично ударная волна, следствием образования ударной волны и есть вмятина на поверхности и звук удара, те ударная волна генерирует вторичную слабую звуковую ударную волну.
Yilativ: Забудьте про мой рассказ. Есть-ли формула для расчёта силы удара тела о поверхность при свободном падении? Всё — мне больше ничего не надо. Вмятины, отскоки, звук удара, нагрев от удара — это уже сопромат и, как я и сказал, высшая физика. Мне этого, думаю, не надо.
mih: Без сопромата и прочего точно не посчитать, кажется в сопромате и было, но очень давно видел, не помню. Если тело абсолютно жесткое, то и сила сколь угодно большая, но время удара стремится к нулю
Yilativ: Значит я прав. Завела меня задача в дремучий лес, а казалось всё просто. Видать без сопромата и «высшей физики» её не решить. А всего-то надо было — формулу для расчёта силы при ударе о поверхность (при свободном падении). Её нет?
Думаю есть. (Помню в дифурах проходили про пружину.) Я пояснил, как я думал. Могу повторить: Сила при ударе будет обратнопропорциональна (с коэффициентом) скорости остановки тела, которая зависит и от массы тела и от жёсткости поверхности, ну и жёсткости самого тела. Ещё скорость остановки конечно зависит от набранной скорости при косании.
Как увеличить силу удара. Советы Майка Тайсона. (перезалив)
mih: какое-то у вас не очень физическое понятие — скорость остановки! С чем ее едят? Безусловно сила пропорциональна массе, но не точно! В справочниках поищите, должна быть какая-то готовая формула. Потом сила переменная в момент удара и зависит от времени, какой-то пик должен быть, разве что среднюю можно прикинуть
Crocodile: Ужас ребята. Силу удара расчитать это равносильно мерять течение воды в реке в люменах! Я думал это серьезный форум!
Yilativ: Докладываю: https://rapidshare.com/files/4110090/Desktop.rar Здесь программа для открывания файлов .djvu и пара файлов с книжками. Из одних источников Высота падения H = sqrt(g(T sqr)/2) Поэтому время падения T= 4H / g (sqr) Скорость остановки: V(t) = gT = g (4H / g (sqr)) = 4H / g Время остановки (t) для стального шара 0.0005 с Ускорение остановки a = V(t) / t Сила удара F = am = m (4H / g) / t) Поэтому для груза в 1 кг, падающего с 1 метра высоты сила удара будет ~ 80 кг.
Но это из этих источников. В других источниках (теория удара) используется коьрффициент отскока, который для стали = 0.56. (т.е начальная скорость отскока будет равна произведению этого коэффициента на скорость при падении / касании о поверхность. Эти деятели используют «импульс» и тд и по их формулам, сила удара при падении того-же килограмма с того-же метра равна примерно 1400 кг.
Они разбирают конкретный пример с высотой в 3 метра и имеют 24000 ньютонов силу. Что-то много, не кажется? Силу удара расчитать это равносильно мерять течение воды в реке в люменах! Я думал это серьезный форум! Что вы имеете ввиду? Раз тело падает, оно ударяется с какой-то силой.
И почему её нельзя или не надо считать?
Yilativ: Для чего всё это надо: Я работаю в метро Нью Йорка — инженерный отдел. Для экстренной остановки поезда используются электрические стоп-машины, установленные на полотне дороги. Поднятая рука механизма входит в соприкосновение с торчащим из поезда рычагом, который соединён с пневматикой тормозов.
Так вот — сила пружины этого рычага известна, так-же известна максимальнодопустимая скорость поезда. Ну и разработали новый стоп-механизм из новых материалов. Теперь — надо провести испытание этого механизма — его руки, которую и бьёт поезд. ПО ПРЕДЛОЖЕНУЮ РАЗРАБОТЧИКОВ для испытаний они хотят таририванный груз сбрасывать с опеделённой высоты на эту «руку».
А для расчёта высоты и массы груза нужно знать, с какой силой он будет биться о руку. Эта сила д/б такая-же, как и в реалных условиях на дороге. Я им предложил, что реальные рычаги с пружинами (от поездов) надо установить на барабан, крутить барабан и бить этими рычагами руку механизма с нужной скоростью. Силу расчитывать не надо, бросать ничего не надо. НО!
Они нас («русских») спрашивают, то что сами не знают (вот формулу, например). А если они решили сбрасывать груз с высоты на эту руку — они не отступятся. К тому-же за моё предложение, если его используют, мне должны платить отдельные деньги, как за рацуху. Вывод очевиден.
mih: В первом варианте время отскока постоянное и как результат, сила пропорциональна высоте падения, а во втором случае видно время удара короче, и как следствие сила больше, но уже не пропорциональна высоте.
Crocodile: Yilativ У удара нет силы, есть импульс! Рассчитывайте импульс в джоулях это облегчит вашу задачу! А сила меряется в Ньютонах. А удар — это фактически завершенная работа и ее можно померять только в джоулях, но никак не в единицах силы.
Yilativ: Думаю, Вы неправы. Если-б Вы открыли предоставленные мною файлы (программа для их открытия там-же) https://rapidshare.com/files/4110090/Desktop.rar, то увидели-бы, что сила удара при падении расчитывается и именно в Ньютонах. Кстати — не забудьте, что в Америке ВСЕ единицы измерения (кроме времени) другие: скорость мили в час или фиты в секунду, расстояние — фиты, масса — фунты и тд. Поэтому сила — совсем не Ньютоны. ) Вобщем — я из этих учебников им формулу дал, но заодно и рацуху оформил. Правда у них стандартный ответ на все рацухи есть — типа — неудобно в применении, дорого, долго в изготовлернии.
Crocodile: Спорить не хочу, но остаюсь на своем мнении. Возможно кто-то ошибся а вы за ним переняли ошибку. Импульс невозможно замерить в ньютонах. Это как расстояние померить в км/ч. Если построить временную характеристику силы, то в момент удара она будет динамично изменяться.
Потому точного значения ее взять не получится, а вот интеграл функции этой силы по времени как раз составит значение импульса. Откройте школьный учебник по физике, там рассмотрена ваша задача. Возможно вы хотите найти максимальную силу — то есть экстремум функции силы по времени. Он действительно будет зависеть от материала, а точнее от его прочностных и упругих свойств. Тут уже задача сложнее школьной
mih: Скорее идет речь о средней силе за время удара
Hmelnikov: сабж . что сила при ударе зависит от ускорения?
Crocodile: Hmelnikov пишет: что сила при ударе зависит от ускорения? Да. Например: твердый шар падает на тело с высокой упругой твердостью, т.е. оно не будет долго и мягко прогибаться под шар. Удар будет резким(ускорение высоким), т.е. время взаимодействия короткое. Делим величину импульса на это малое время — получаем высокое значение средней силы.
Но максимум все равно посчитать не получится. А вообще здесь какие-то абсурдные темы. Да и ракетостроитель один без проектов и какой-то агрессивный. Судя по всему даже школьник
Hmelnikov: Crocodile пишет: А вообще здесь какие-то абсурдные темы. Да и ракетостроитель один без проектов и какой-то агрессивный. Судя по всему даже школьник Привет, Дил! Я не ошибся,это Вы?:) Я так же ещё ничего не могу понять о сути этого форума. Быть может, просто раскручиваются? Ну и ладно. Crocodile!
Чему равен импульс фотона на горизонте ЧД с точки зрения удалённого наблюдателя?
Crocodile: Hmelnikov пишет: Чему равен импульс фотона на горизонте ЧД с точки зрения удалённого наблюдателя? нулю.
Hmelnikov: Crocodile пишет: нулю. Во-от. А скорость- с точки зрения того же наблюдателя(то есть на самом деле)?
Crocodile: по теоретическим выкладкам можно доказать что она может быть равна скорости света или даже бесконечности, но это не совсем корректно. можно создать и цепочку рассуждений которая скажет что тоже нулю, но это потеряет смысл, т.к. такого фотона не может существовать
Hmelnikov: Crocodile пишет: по теоретическим выкладкам можно доказать что она может быть равна скорости света или даже бесконечности, ЛюCrocod бопытно было бы посмотреть на эти выкладки, учитывая, что ход времени на горизонте ЧД равен нулю. Случаем, не представите?
Crocodile пишет: можно создать и цепочку рассуждений которая скажет что тоже нулю, но это потеряет смысл, т.к. такого фотона не может существовать Почему ж не может? Остаётся масса фотона, помноженная на нуль. Причём локально ничего не изменится-скорость света будет равна С. Немного иронизирую, ибо потребуется приближение. Фотон попросту никогда не окажется на горизонте ЧД. Кстати.
Вы всерьёз полагаете, что ЧД чем-либо отличается от обычной массы? Я полагаю, что если Солнце увеличить до нужных размеров, свет возле него вполне может искривить траекторию так, что станет вращаться вокруг этой массы. С какой стати ей проваливаться под горизонт?
Yilativ: Вот по формулам из учебника нашел силу» [IMG]http://img818.imageshack.us/img818/6092/impact1w.jpg[/IMG]
Hmelnikov: Yilativ пишет: [IMG]http://img818.imageshack.us/img818/6092/impact1w.jpg[/IMG] Гугль сообщил, что по Вашей ссылке ничего не найдено. Кроме того, чем Вам не нравится формула: F-ma?
Yilativ: На форуме не показываются картинки. Вобщем-то научный форум и не вставил в движок данную опцию. Без тегов впишите: http://img818.imageshack.us/img818/6092/impact1w.jpg Да нравится мне эта формула. (в моём случае F=mg). Просто она не объясняет разницы в полученной силе. Сами подумайте — вы упали на бетон и на паралон — ощущения разные, значит и сила удара РАЗНАЯ.
Или ещё проще — вы ударили ногой по мячу и по кирпичу, который весит столько-же, сколько и мяч. Нет разницы в силе? Т.е били-то вы с одной силой, а вот сила удара разная. Оказалось, что действительно — «теория удара» — это НЕ элементарная физика.
Yilativ: Ewe Даже если опустить ваши ощущения, мяч и кирпич отлетели на РАЗНЫЕ расстояния, следовательно сила воздействия РАЗНАЯ.
Hmelnikov: Yilativ пишет: Ewe Даже если опустить ваши ощущения, мяч и кирпич отлетели на РАЗНЫЕ расстояния, следовательно сила воздействия РАЗНАЯ. Вы в самом деле не понимаете, что если кирпич и мяч весят одинаково, то и сила удара будет одинакова? Или дурака валяете?
Crocodile: нет понятия «сила удара»! открывайте школьные учебники и учите что такое «ИМПУЛЬС» у шара и кирпича, если они весят одинаково и движутся с одной скоростью импульс будет равен.
Hmelnikov: Crocodile пишет: нет понятия «сила удара»! Ну, я думаю, Вы поняли,о чём речь.:) И не будете бить с большой силой по кирпичу.)) Что касаемо импулься,то, разумеется,Вы правы.
Yilativ: Вы прочли формулы из приведённых мною в линке? Импульс учитывается, но и СИЛА (в ньютонах) расчитывается. Зависит она от материала тела и поверхности — т.е. от того, с какой скоростью (хорошо — ускорением) тело остановится. Например для стали это время остановки 0.0005 секунд. Соответственно, если это время уменьшится (например до 0.0001 сек), то СИЛА удара возрастёт в 5 раз.
Понимаете? У меня получилось, что сила, с которой килограмовый груз ударяется о поверхность, падая с 1 метра равна 1400 килограмм. Соответственно, если время уменьшится до 0.0001 сек, то сила, с которой ударится этот предмет будет 7 тонн. СИЛА, а не импульс.
mih: Картинки не вставляются для начинающих. Кстати говоря, если надо приложить очень большую силу, пусть на короткое время, нужно найти материалы с наибольшей жесткостью и наносить удар по пластине сферической поверхностью наконечника молотка с радиусом кривизны достаточно большим
Источник: wap.marsian.borda.ru
мяч массой 0.5 кг после удара длительностью 0.02с приобретает скорость 10м/c. Определите среднюю силу удара.
Согласно 2 закону Ньютона, сила Fср, которая действует на мяч, равна произведению его массы m на ускорение а, которое эта сила ему сообщает: Fср = m * a. Сила Fср направленная в туже сторону, что и ускорение а.
Ускорение тела а показывает, как изменяется скорость мяча на протяжении времени. Ускорение мяча выразим формулой: а = (V — V0) /t.
Fср = m * (V — V0) / t.
Так как первоначально мяч находился в состоянии покоя, то V0 = 0 м/с.
Fср = 0,5 кг * 10 м/с / 0,02 с = 250 Н.
Ответ: средняя сила удара по мячу составляет Fср = 250 Н.
Знаешь ответ?
Как написать хороший ответ? Как написать хороший ответ?
Как добавить хороший ответ?
Что необходимо делать:
- Написать правильный и достоверный ответ;
- Отвечать подробно и ясно, чтобы ответ принес наибольшую пользу;
- Писать грамотно, поскольку ответы без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок лучше воспринимаются.
Что делать не стоит:
- Списывать или копировать что-либо. Высоко ценятся ваши личные, уникальные ответы;
- Писать не по сути. «Я не знаю». «Думай сам». «Это же так просто» — подобные выражения не приносят пользы;
- Писать ответ ПРОПИСНЫМИ БУКВАМИ;
- Материться. Это невежливо и неэтично по отношению к другим пользователям.
Пример вопроса
Русский язык
7 минут назад
Какой синоним к слову «Мореплаватель»?
Пожаловаться
Хороший ответ
Вася Иванов
Мореплаватель — имя существительное, употребляется в мужском роде. К нему может быть несколько синонимов.
1. Моряк. Старый моряк смотрел вдаль, думая о предстоящем опасном путешествии;
2. Аргонавт. На аргонавте были старые потертые штаны, а его рубашка пропиталась запахом моря и соли;
3. Мореход. Опытный мореход знал, что на этом месте погибло уже много кораблей, ведь под водой скрывались острые скалы;
4. Морской волк. Старый морской волк был рад, ведь ему предстояло отчалить в долгое плавание.
Источник: uchi.ru
Метод определения длительности удара
Цель работы: Ознакомиться с элементами теории механического удара и экспериментально определить время удара , среднюю силу удара F, коэффициент восстановления Е, а также изучить основные характеристики удара и ознакомиться с цифровыми приборами для измерения временного интервалов.
Теоретическая часть
Ударом называется изменения состояния движения тела, вследствие кратковременного взаимодействия его с другим телом. Во время удара оба тела претерпевают изменения формы (деформацию). Сущность упругого удара заключается в том, что кинетическая энергия относительного движения соударяющихся тел, за короткое время, преобразуется в энергию упругой деформации или в той или иной степени в энергию молекулярного движения. В процессе удара происходит перераспределение энергии между соударяющимися телами.
Пусть на плоскую поверхность массивной пластины падает шар с некоторой скоростью V1 и отскакивает от нее со скоростью V2.
Обозначим – нормальные и тангенциальные составляющие скоростей и , а и – соответственно углы падения и отражения. В идеальном случае при абсолютно упругом ударе, нормальные составляющие скоростей падения и отражения и их касательные составляющие были бы равны ; . При ударе всегда происходит частичная потеря механической энергии. Отношение как нормальных, так и тангенциальных составляющих скорости после удара к составляющим скорости до удара есть физическая характеристика, зависящая от природы сталкивающихся тел.
Эту характеристику Е называют коэффициентом восстановления. Числовое значение его лежит между 0 и 1.
Определение средней силы удара,
Начальной и конечной скоростей шарика при ударе
Экспериментальная установка состоит из стального шарика А, подвешенного на проводящих нитях, и неподвижного тела В большей массы, с которым шарик соударяется. Угол отклонения подвеса α измеряется по шкале. В момент удара на шар массой m действует сила тяжести со стороны Земли , сила реакции со стороны нити и средняя сила удара со стороны тела В (см. рис.2.).
На основании теоремы об изменении импульса материальной точки:
где и – векторы скоростей шара до и после удара; τ – длительность удара.
После проектирования уравнения (2) на горизонтальную ось определим среднюю силу удара:
Скорости шарика V1 и V2 определяются на основании закона сохранения и превращения энергии. Изменение механической энергии системы, образованной шариком и неподвижным телом В, в поле тяготения Земли определятся суммарной работой всех внешних и внутренних не потенциальных сил. Поскольку внешняя сила перпендикулярна перемещению и нить нерастяжима, то эта сила работы не совершает, внешняя сила и внутренняя сила упругого взаимодействия – потенциальны. Если эти силы много больше других не потенциальных сил, то полная механическая энергия выбранной системы не меняется. Поэтому, уравнение баланса энергии можно записать в виде:
Из чертежа (рис. 2) следует, что , тогда из уравнения (4) получим значения начальной V1 и конечной V2 скоростей шарика:
где и — углы отклонения шара до и после соударения.
Метод определения длительности удара
 |
В данной работе длительность удара шарика о плиту определяется частотомером Ч3-54, функциональная схема которого представлена на рис.3. С генератора подается на вход системы управления СУ импульсы с периодом Т. Когда в процессе соударения металлической плиты В, электрическая цепь, образованная СУ, проводящими нитями подвеса шара, шаром, плитой В и счетчиком импульсов Сч, оказывается замкнутой, и система управления СУ пропускает на вход счетчика Сч импульсы электрического тока только в интервале времени , равном времени длительности удара. Число импульсов, зарегистрированных за время , равно , откуда .
Чтобы определить длительность удара , необходимо число импульсов, зарегистрированных счетчиком, умножить на период импульсов, снимаемых с генератора Г.
Экспериментальная часть
1. Масса шарика m = (16,7 ± 0,1)*10 -3 кг.
2. Длина нити l = 0,31 ± 0,01 м.
3. Ускорение свободного падения g = (9,81 ± 0,005) м/с 2 .
4. Опыт для каждого угла выполняем 5 раз.
Результаты опыта занесем в таблицу:
| № | α1 = 20 0 | α1 = 30 0 | α1 = 40 0 | α1 = 50 0 | α1 = 60 0 | |||||
| i | 2i | i | 2i | i | 2i | i | 2i | i | 2i | |
| 61,9 | 17,1 | 58,0 | 26,8 | 54,9 | 37,0 | 52,4 | 43,6 | 48,9 | 57,8 | |
| 65,7 | 17,2 | 58,2 | 26,5 | 45,2 | 35,9 | 51,0 | 45,0 | 42,6 | 58,0 | |
| 64,0 | 16,9 | 58,4 | 26,9 | 52,8 | 36,7 | 49,9 | 46,7 | 49,6 | 57,2 | |
| 65,4 | 16,8 | 58,4 | 26,7 | 54,3 | 36,0 | 48,2 | 46,0 | 48,5 | 57,6 | |
| 64,0 | 16,9 | 57,3 | 26,8 | 52,4 | 37,0 | 50,2 | 43,9 | 48,4 | 58,1 | |
| Сред. | 64,2 | 16,98 | 58,06 | 26,74 | 51,92 | 36,52 | 50,34 | 45,04 | 47,6 | 57,74 |
Расчёты
=20 0 мкс
=30 0 мкс
=40 0 мкс
=50 0 мкс
=60 0 мкс
и –скорости шарика до и после удара.
< >– среднее значение силы удара.
> – средняя длительность удара.
Е – коэффициент восстановления.
| < >, Н | ,м/с | ,м/с | < >, мкс | Е | ,Н | ,м/с | ,мкс | |
| 20 0 | 291,39 | 0,6054 | 0,5148 | 64,2 | 0,85 | |||
| 30 0 | 491,56 | 0,9026 | 0,8064 | 58,6 | 0,89 | 200,17 | 0,2972 | 5,6 |
| 40 0 | 735,12 | 1,1928 | 1,0927 | 51,92 | 0,91 | |||
| 50 0 | 932,06 | 1,4739 | 1,3357 | 50,34 | 0,90 | |||
| 60 0 | 1202,57 | 1,7438 | 1,6839 | 47,6 | 0,96 |
ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций — Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем.
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ — На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона.
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях — Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента.
Схема построения базисных индексов — Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) — относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления.
Тема 11. Международное космическое право — Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию.
Источник: pdnr.ru
Импульс тела
Если на тело массой m за определенный промежуток времени Δ t действует сила F → , тогда следует изменение скорости тела ∆ v → = v 2 → — v 1 → . Получаем, что за время Δ t тело продолжает движение с ускорением:
a → = ∆ v → ∆ t = v 2 → — v 1 → ∆ t .
Основываясь на основном законе динамики, то есть втором законе Ньютона, имеем:
F → = m a → = m v 2 → — v 1 → ∆ t или F → ∆ t = m v 2 → — m v 1 → = m ∆ v → = ∆ m v → .
Изменение импульса
Определение средней силы
Имеются случаи, когда определение средней силы F с р возможно при известных времени и данных о сообщенном импульсе. При сильной ударе по мячу с массой 0 , 415 к г можно сообщить скорость, равную v = 30 м / с . Приблизительным временем удара является значение 8 · 10 – 3 с .
Тогда формула импульса приобретает вид:
p = m v = 12 , 5 к г · м / с .
Чтобы определить среднюю силу F с р во время удара, необходимо F с р = p ∆ t = 1 , 56 · 10 3 Н .
Получили очень большое значение, которое равняется телу массой 160 к г .
Когда движение происходит по криволинейной траектории, то начальное значение p 1 → и конечное
p 2 → могут быть различны по модулю и по направлению. Для определения импульса ∆ p → применяют диаграмму импульсов, где имеются векторы p 1 → и p 2 → , а ∆ p → = p 2 → — p 1 → построен по правилу параллелограмма.
Источник: zaochnik.com