Como a força difere do impulso? + Exemplo

Como a força difere do impulso? + Exemplo
Anonim

Em muitos casos, observamos mudanças na velocidade de um objeto, mas não sabemos quanto tempo a força foi exercida. O impulso é a integral da força. É a mudança no momento. E é útil para aproximar forças quando não sabemos exatamente como os objetos interagiram em uma colisão.

Exemplo 1: se você estiver viajando ao longo da estrada em um carro a 50 km / h em algum ponto no tempo e você parar mais tarde, você não sabe quanta força foi usada para parar o carro. Se você pressionar os freios levemente, você vai parar durante um longo período de tempo. Se você pressionar os freios com firmeza, parará em pouco tempo.

Você pode calcular quanto o momento mudou. O momento de um carro parado parado é zero. E o momento de um carro em movimento é igual à massa vezes a velocidade.

#delp = mv - p_f #

Essa mudança no momento é o impulso.

Um carro de 1000 kg a 50 km / h tem um impulso dado por:

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

Vamos converter isso para Newtons para facilidade de uso:

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

Se quisermos parar o carro em 1 segundo, a força média precisará ser 13880 N. Se tivermos 2 segundos para parar o carro, isso pode ser feito com metade dessa força:

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

Reconheça que se você acertar um objeto muito sólido como uma árvore ou um bloco de concreto, o carro tem muito pouco tempo para parar. As forças envolvidas tornam-se tremendas. Parar em 1 segundo com uma força uniforme requer 7 metros de distância de parada. Isso é uma parada muito difícil. Dada uma distância de parada de apenas 1 cm, o carro terá apenas 0,07 segundos para parar. A força de parada se torna enorme.

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

O movimento habitual de um carro é fácil de observar com uma câmera de vídeo comum. Uma colisão entre objetos sólidos não é tão simples.

Exemplo 2: Considere um arremesso de beisebol que foi lançado a 40 m / s é atingido por um bastão e é lançado sobre a parede do campo central a 45 m / s. A mudança na velocidade é de 85 m / s (lembre-se de que ela está viajando na direção oposta depois de ser atingida). Sabendo a massa da bola, podemos calcular o impulso. Mas é preciso uma câmera de alta velocidade para determinar quanto tempo a bola estava em contato com o bastão. Podemos calcular o impulso e, com essa informação, obter uma boa aproximação da força média e máxima.