Iskuvoima lasketaan etsimällä törmäykseen osallistuneiden esineiden liikemäärän muutoksen suhde törmäysajanjaksoon. Iskuvoiman laskentakaava on:
F = Δp/Δt, missä Δp on liikemäärän muutos ja Δt on ajanjakso.
Mikä on iskuvoima?
Iskuvoima määritellään tilanteeksi, jossa tehdään työtä kohteen siirtämiseksi tietyn matkan. Se voidaan tulkita voimaksi, joka syntyy kahden esineen törmäyksessä. Kohteen törmäys tapahtuu, kun yksi esine törmää toiseen. Iskuvoimalla on valtava vaikutus esineeseen lyhyessä ajassa. Sitä merkitään symbolilla F, jossa mittayksikkö on newtonit (N) ja mittakaava on [M1L1T-2]. Sen kaava on yhtä suuri kuin kappaleen massan ja nopeuden tulo kaksinkertaiseen aikaan. Toisin sanoen se on kehon kineettisen energian suhde sen kulkemaan matkaan.
Impact Force Formula
F = mv/2t
missä,
F on iskuvoima,
m on kehon massa,
v on kappaleen nopeus,
t on käytetty aika.
Todiste kaavasta
Harkitse massakohdetta m joka liikkuu nopeudella sisään kun jotkut työskentelevät SISÄÄN tehdään sille. Käytetty voima on F ja se siirtää kohteen etäisyydelle d yksiköitä varten t sekuntia.
Tiedämme, että tehty työ on yhtä suuri kuin käytetyn voiman ja kuljetun matkan tulo.
W = Fd ⇢ (1)
Myös tehty työ vastaa kehon liike-energiaa.
W = K.E. = 1/2 mv2⇢ (2)
Kohdasta (1) ja (2) saamme,
Fd = 1/2 mv2
F = mv2/2d
Kun d = vt, saamme,
F = mv2/2vt
F = mv/2t
Tämä johtaa kehoon vaikuttavan iskuvoiman kaavan.
Esimerkkiongelmat
Tarkastellaan muutamia ongelmia saadaksemme selville, kuinka tätä kaavaa käytetään.
Tehtävä 1: Laske iskuvoima, joka vaikuttaa esineeseen, jonka massa on 2 kg, nopeus 4 m/s 2 sekunnin ajan.
Ratkaisu:
Iskuvoima, joka vaikuttaa tähän esineeseen, jonka massa on 2 kg ja liikkuu nopeudella 4 m/s 2 sekunnin ajan. Siten,
m = 2
v = 4
t = 2
Käyttämällä kaavaa, jonka saamme,
F = mv/2t
= 2 (4) / 2 (2)
= 8/4
= 2 N
Siksi esineeseen vaikuttava iskuvoima on 2 newtonia.
Tehtävä 2: Laske iskuvoima, joka vaikuttaa esineeseen, jonka massa on 3 kg, nopeus 8 m/s 3 sekunnin ajan.
Ratkaisu:
Iskuvoiman laskemiseksi tälle tehtävälle annetut arvot ovat:
m = 3
v = 8
t = 3
Käyttämällä kaavaa, jonka saamme,
F = mv/2t
= 3 (8) / 2 (3)
= 24/6
= 4 N
Siksi esineeseen vaikuttava iskuvoima on 4 newtonia.
Tehtävä 3: Laske kappaleen massa, jos esineeseen vaikuttava iskuvoima on 10 N ja nopeus 5 m/s 4 sekunnin ajan.
Ratkaisu:
Tässä tehtävässä meidän on laskettava esineen massa törmäysvoiman, nopeuden ja ajan perusteella. Annetut arvot ovat:
F = 10
v = 5
t = 4
Käyttämällä kaavaa, jonka saamme,
F = mv/2t
=> m = 2Ft/v
= 2 (10) (4) / 5
= 16 kg
Esineen massa on siis 16 kg.
aurinkoinen deol
Tehtävä 4: Laske kappaleen nopeus, jos esineeseen vaikuttava iskuvoima on 14 N ja massa on 2 kg 2 sekunnin ajan.
Ratkaisu:
Tässä meidän on määritettävä kohteen nopeus törmäysvoiman, massan ja ajan perusteella. Meillä on,
F = 14
m = 2
t = 2
Käyttämällä kaavaa, jonka saamme,
F = mv/2t
=> v = 2Ft/m
= 2 (14) (2) / 2
= 28 m/s
Siten kohteen nopeus on 28 m/s.
Tehtävä 5: Laske aika, jonka keho kestää, jos esineeseen vaikuttava iskuvoima on 30 N, massa 4 kg ja nopeus 15 m/s.
Ratkaisu:
Laskeaksesi kohteen kuluman ajan törmäysvoiman, massan ja nopeuden arvoilla seuraavasti:
F = 30
m = 4
v = 15
Käyttämällä kaavaa, jonka saamme,
F = mv/2t
=> t = mv/2F
= 4 (15) / 2 (30)
= 60/60
= 1 s
Eli kohteen käyttämä aika on 1 sekunti.
Tehtävä 6: Laske iskuvoima, joka vaikuttaa kohteeseen, jonka liike-energia on 20 J, jos kuljettu matka on 2 m.
Ratkaisu:
Annetut arvot ovat:
Kineettinen energia (E) = 20 J
Kuljettu matka (d) = 2 m
Tiedämme, että iskuvoiman määrittämiseksi meillä on kaava: F = E/d, jossa F on iskuvoima, E on kineettinen energia ja d on kuljettu matka.
Näin ollen käyttämällä kaavaa, jonka saamme,
F = E/d
= 20/2
= 10 N
Eli esineeseen vaikuttava iskuvoima on 10 newtonia.
Tehtävä 7: Laske kappaleen kineettinen energia, jos esineeseen vaikuttava iskuvoima on 40 N ja kuljettu matka on 4 m.
Ratkaisu:
Annetut arvot kehon kineettisen energian laskemiseksi ovat:
Iskuvoima (F) = 40
Kuljettu matka (d) = 4
Käyttämällä kaavaa, jonka saamme,
F = E/d
=> E = Fd
= 40 (4)
= 160 J
Siksi kehon kineettinen energia on 160 joulea.