Bricht das plötzliche Anwenden von X Pfund Kraft eher einen Knochen als das allmähliche Anwenden von X Pfund Kraft?

Der Schlüssel hier sind sie sprechen von einem Aufprall , bei dem es sich um im Wesentlichen statische Kräfte handelt.

Aufprall kann weitaus größeren Schaden verursachen als eine langsam ausgeübte Kraft. Dies liegt daran, dass das Material einige Zeit benötigt, um auf die Kraft zu reagieren. Wenn Sie es langsam machen, haben die Dinge die Möglichkeit, leicht etwas Energie als Schall / Wärme usw. abzuleiten. Wenn Sie es sehr schnell machen, hat diese Energie weniger Zeit zum Dissipieren und kann stattdessen dazu führen, dass mehr Energie in die Verformung des Materials fließt.

Wenn es etwas Sprödes wie Knochen ist, kann diese zusätzliche Verformung einen Bruch oder eine andere Form von Materialversagen verursachen.

Ihr Maß von 8 Pfund ist „statisch“, weil der Körper hat Viel Zeit zum Reagieren, wenn es langsam abgesenkt wird.

Um die genauen Auswirkungen in Bezug auf die Geschwindigkeit zu ermitteln, wäre eine gründliche Analyse erforderlich.

Kommentare

• Werden diese Nuancen wirklich einen großen Unterschied für etwas Hartes wie einen Knochen bewirken? Ich versuche, ein Missverständnis darüber zu zerstreuen, was “ bedeutet. Die Person, mit der ich ‚ argumentiere, denkt, dass eine “ abrupte Anwendung “ von 8 Pfund Kraft macht a n “ immense “ Differenz. Ich ‚ sage, dass das Fallenlassen eines 8-Pfund-Gewichts auf etwas tatsächlich viel mehr als 8 Pfund Kraft verleiht, aber er ist nicht ‚ t etwas davon haben. Er scheint Kraft mit Impuls zu verwechseln.
• Ja, Ihr Freund würde sich für die Berechnung von Impulskräften (Änderung des Impulses geteilt durch die Zeit, in der die Impulsübertragung stattfindet) interessieren, die sich vom Gewicht des Impulses unterscheidet Objekt. Dies ist der Unterschied zwischen dem Falcon 9, der einfach auf dem Lastkahn landet, und dem ebenso unterhaltsamen Falcon Punching des Lastkahns, der zu Explosionen, Schäden und letztendlich Millionen von Dollar führt. Die Beine des Falcon 9 müssen so konstruiert sein, dass sie die Impulskraft während der Landung und nicht nur das Gewicht alleine bewältigen.
• @pete Neben dem, was Rob gesagt hat, können Sie auch die potenzielle / kinetische Energie betrachten, die Eine, die fällt, hat offensichtlich mehr Energie als eine, die nur auf dem Bauch ruht. Sie können auch einfach davon ausgehen, dass derjenige mit einer Geschwindigkeit abbremsen muss, um anzuhalten. Diese Verzögerung muss von Ihren Knochen kommen, und nach (und sogar während) der Verzögerung wird das Gewicht von ‚ angewendet. Meine Antwort ist wirklich nur für die Frage im Titel relevant, da diese nicht ‚ t ungefähr 8 Pfund Kraft ist. ‚ handelt von der Aufprallkraft einer abgefallenen 8-Pfund-Masse.
• Richtig, ich ‚ versuche es veranschaulichen die Tatsache, dass eine 8-Pfund-Masse jede Menge Kraft verleihen kann, und das Fallenlassen einer Masse viel mehr als 8 Pfund verleiht. Aber was noch wichtiger ist, dass es ‚ für ihn keinen Sinn machte, Dinge wie “ Kraft zu sagen, die über einen großen Zeitraum verteilt war „, da Kraft ein augenblickliches Maß ist; Er dachte an einen “ Impuls, der über einen großen Zeitraum verteilt war „.Wenn Sie den Quora-Thread kommentieren könnten, wäre dies ebenfalls hilfreich.
• Tatsächlich zitierte er als Argument: „In der Mechanik ist ein Aufprall eine hohe Kraft oder ein Stoß, der über einen kurzen Zeitraum ausgeübt wird, wenn zwei oder mehr Körper kollidieren. Eine solche Kraft oder Beschleunigung hat normalerweise eine größere Wirkung als eine geringere Kraft, die über einen proportional längeren Zeitraum ausgeübt wird. “ Selbst innerhalb dieses Zitats hat das zweite Szenario “ eine geringere Kraft “ nach eigenen Angaben, also … wieder ‚ ist eine Verwirrung, die durch das Wort “ Pfund “ verursacht wird, das als Gewicht ODER Kraft verwendet werden kann.

Ein Teil der Schwierigkeit bei der Diskussion dieser Frage ist der Missbrauch von Vokabeln. In dem Artikel reference.com heißt es: „Es sind ungefähr 7 Pfund Druck erforderlich, um ein menschliches Schlüsselbein zu brechen.“ Sieben Pfund Druck machen keinen Sinn, da Pfund ein Maß für Kraft und nicht für Druck sind. Es ist so, als würde man sagen, ein Auto hat eine Geschwindigkeit von 18 Fuß. Es wäre sinnvoller zu sagen, dass es sieben Pfund pro Quadratzoll Druck braucht, um ein menschliches Schlüsselbein zu brechen – obwohl mir das sehr niedrig erscheint. Ein Mensch kann mit seinem Kiefer etwa 200 Pfund Kraft ausüben, wenn er mit den Backenzähnen beißt . Unser Schlüsselbein ist möglicherweise ein schwächerer Knochen als der Kiefer, aber nicht 15-mal schwächer.

Die Art und Weise, steife Objekte unter Last zu betrachten, zumindest als Annäherung, ist eine Feder. Wenn Sie eine Kraft auf ein Objekt ausüben, verformt sich dieses Objekt als Reaktion: Eine Feder drückt sich zusammen, ein Knochen biegt sich, ein Tisch sackt ab Mehr Kraft bedeutet mehr Verformung. Die Beziehung zwischen Kraft und Verformung wird durch das Hookesche Gesetz angenähert: $ F = kx $, wobei $ F $ die ausgeübte Kraft ist, $ x $ der Abstand des Durchhangs, der Kompression oder der Biegung ist und $ k $ ist ein Maß für die Steifheit des Materials. Granit hat einen viel höheren Wert von $ k $ als Gummi. Eine andere zu beachtende Sache ist, dass nach Newtons drittem Gesetz das unter Last stehende Material eine Kraft gleicher Größe gegen die Last ausübt.

Nun gibt es in einem realen Material ein maximales Maß an Verformung vor etwas in der inneren Struktur bricht und die Verformung wird dauerhaft oder das Material zerbricht. Das Vorhandensein einer maximalen Verformung impliziert, dass das Objekt eine maximale Kraft aufnehmen kann. Wenn Sie zu viel Gewicht auf einen Tisch legen, bricht es .

Hier ist ein Video von jemandem, der mit lustigen Konsequenzen gegen einen Schreibtisch tritt . Der Kick passiert um 1:08. Beachten Sie jedoch, dass ganz am Anfang des Videos und um 0:36 Uhr jemand ohne Schaden auf dem Schreibtisch steht (ich mag es, wie jemand dem Kerl sagt, er solle beide Füße auf den Schreibtisch stellen, als würde das mehr Gewicht auf ihn legen ). Dies sind ungefähr 100 bis 200 Pfund Kraft. Wie kann also ein einzelner Fuß, der sich mit Geschwindigkeit bewegt, den Schreibtisch tatsächlich brechen?

Da der Fuß Masse hat, ist eine Kraft erforderlich, um ihn zu stoppen. Da der Schreibtisch keine unendliche Kraft erzeugen kann, bewegt sich der Fuß nach dem ersten Aufprall weiter in den Schreibtisch hinein. Da der Fuß und der Schreibtisch nicht denselben Platz einnehmen können, verformt sich der Schreibtisch, um Platz für den Fuß zu machen. Damit der Schreibtisch den Tritt überlebt, muss er den Fuß anhalten, bevor er die vor zwei Absätzen beschriebene Sollbruchstelle erreicht. Gleiches gilt für Schlüsselbeine.

Betrachten wir den Moment des Aufpralls, wenn die Ferse zum ersten Mal auf den Schreibtisch trifft. Zu diesem Zeitpunkt hat sich der Schreibtisch überhaupt nicht verformt, sodass er keine Kraft auf den Fuß ausübt Der Fuß bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit weiter. Einen Moment später hat der Schreibtisch begonnen, sich zu beugen, und so übt er eine Kraft auf den Fuß aus, die ihn verlangsamt. Aber der Fuß bewegt sich immer noch nach unten. Wenn sich der Schreibtisch mehr und mehr biegt Je weiter sich der Fuß weiter nach unten bewegt, desto größer wird die Kraft, die der Schreibtisch auf den Fuß ausübt (Hookesches Gesetz und Newtons drittes Gesetz), sodass der Fuß immer langsamer wird. Dies ist ein Wettlauf zwischen:

1. die Kraft nimmt zu, um den Fuß anzuhalten, und
2. der Fuß bewegt sich weit genug, um den Schreibtisch zu brechen.

Wenn die Kraft nicht zunimmt schnell genug, entweder weil der Fuß zu massiv ist oder die Anfangsgeschwindigkeit zu hoch ist, bewegt sich der Fuß immer noch, wenn er die maximale Verformung des Schreibtisches durchlaufen hat, wodurch er bricht.

Warum? auf einem Schreibtisch stehen Nr nicht brechen? In diesem Fall muss der Schreibtisch lediglich verhindern, dass die Last überhaupt beschleunigt. Wenn das Gewicht keine Bruchverformung verursacht, kann es ihm widerstehen. Das Stoppen eines sich bewegenden Objekts in kurzer Entfernung kann unabhängig vom Gewicht des sich bewegenden Objekts eine beliebig große Kraft erfordern. Deshalb lassen Sie etwas auf Ihren Fuß fallen Es tut mehr weh, als es auf Ihren Fuß zu legen. Es ist eine größere Kraft erforderlich, um das Objekt anzuhalten, als um zu verhindern, dass es sich bewegt, und eine größere Kraft bewirkt eine stärkere Kompression Ihres Fußes.

Siehe Technischer Abschnitt unten für die Mathematik.

Klarstellung

Ich nahm an, dass „abrupte Krafteinwirkung“ einen Aufprall bedeutet, der eine Kollision zweier Objekte mit Geschwindigkeit impliziert. Wenn Sie einfach eine Kraft sehr schnell ohne Bewegung ändern wollten, lautet die Antwort: Nein, sie fügt nicht mehr Schaden zu als eine statische Last.

Um dies zu sehen, stellen Sie sich eine Bowlingkugel vor, die an der Decke hängt ein Seil. Sie legen Ihre Hand so auf die Unterseite der Bowlingkugel, dass sie sich berührt, jedoch ohne Aufwärtskraft. Wenn das Seil plötzlich durchtrennt wird, können Sie Ihre Muskeln anspannen und verhindern, dass die Bowlingkugel zu fallen beginnt, ohne Ihre Hand zu bewegen. Ihre Hand ist trotz der plötzlichen Anwendung von Kraft in Ordnung. Wenn Sie versucht haben, dasselbe zu tun (eine fallende Bowlingkugel mit stillgehaltener Hand zu stoppen), die Bowlingkugel jedoch in einer Höhe über Ihrer Hand beginnt, liegen die Konsequenzen auf der Hand.

Für eine praktische Anwendung: Stellen Sie sich vor, Sie schießen eine Schrotflinte in zwei Positionen. In der ersten (und falschen) Haltung halten Sie den Kolben der Waffe ein Stück von Ihrer Schulter entfernt. In der zweiten (richtigen) Haltung drücken Sie den Kolben der Waffe fest gegen Ihre Schulter. Die erste Haltung wird allen obigen Analysen unterzogen, da die Waffe mit einer Anfangsgeschwindigkeit auf Ihre Schulter auftrifft, was je nach Geschwindigkeit des Rückstoßes der Waffe zu einer Verletzung Ihrer Schulter führt. Bei der zweiten Haltung wird die Kraft auf Ihre Schulter durch die Kraft des Schießpulvers auf die Kugeln begrenzt. Abhängig von der Größe der Kraft kann es immer noch zu einem blauen Fleck kommen, da die $ k $ des Fleisches geringer sind als die für Knochen, aber es gibt eine Obergrenze für die Kraft, im Gegensatz zum Aufprall der Waffe in der ersten Haltung.

Technischer Teil

Da der Tritt in einer bestimmten Entfernung gestoppt werden muss, ist das richtige Maß für das Schadenspotential die kinetische Energie, nicht der Impuls. Der Fuß hat eine anfängliche kinetische Energie beim Aufprall von $$ K = \ frac {1} {2} mv ^ 2 $$, wobei $ K $ die kinetische Energie, $ m $ die Masse des Fußes und $ v $ ist ist seine Geschwindigkeit. Dies entspricht der Menge an Arbeit, die der Schreibtisch leisten muss, um den Fuß anzuhalten. Für eine Feder ist dies $$ W = \ frac {1} {2} kx ^ 2 $$, wobei $ W $ die Arbeit ist (gleiche Einheiten) als Energie) und $ k $ und $ x $ sind die gleichen Größen aus dem obigen Hookeschen Gesetz. Da es vor dem Brechen eine maximale Verformung ($ x_ {max} $) gibt, haben wir die folgende Gleichung, um den Zustand zu beschreiben zum Brechen des Schreibtisches: $$ \ frac {1} {2} mv ^ 2 > \ frac {1} {2} kx_ {max} ^ 2 $$ Auflösen nach $ v $: $$ v > x_ {max} \ sqrt {\ frac {k} {m}} $$ Daraus können wir ersehen, dass es eine Geschwindigkeit gibt, die den Schreibtisch brechen kann Unabhängig von der Masse des Fußes. Wenn diese Ungleichung zutrifft, kann der Schreibtisch nicht genug Arbeit leisten, um den Fuß vor dem Brechen anzuhalten. Um dies in Bezug auf die Kräfte zu setzen, setzen wir das Hookesche Gesetz in die ursprüngliche Gleichung ein : $$ \ frac {1} {2} mv ^ 2 = \ frac {1} {2} \ frac {F_ {max} ^ 2} {k} $$ wobei $ F_ {max} $ die von der Tabelle bei maximaler Verformung. Ich habe auf Gleichheit umgestellt, seit ich wissen will Was passiert, wenn der Schreibtisch überlebt, dh $ W = K $? Auflösen nach $ F_ {max} $ $$ F_ {max} = v \ sqrt {km} $$ Daraus können wir schließen, dass die äquivalente statische Belastung eines Schreibtisches durch einen Aufprall basierend auf der Geschwindigkeit des Projektils beliebig hoch sein kann .

Kommentare

• Genau das habe ich versucht, im Quora-Thread zu demonstrieren. ‚ spielt keine Rolle, ob 8 Pfund Kraft durch ein 8-Pfund-Gewicht im Stillstand oder ein 1-Pfund-Gewicht, das langsam darauf kracht, oder einen Ping-Pong-Ball, der mit enormer Geschwindigkeit schießt, verursacht werden ;; Es werden immer noch maximal 8 Pfund Kraft angezeigt. Und 8 Pfund fallen wird weit mehr als 8 Pfund Kraft sein. Also, wenn er mich für meine “ 8-Pfund-Ruhe “ Kritik an der 8-Pfund-Behauptung verspottet, weil “ eine schnelle Kraft hat mehr Wirkung als eine allmähliche Kraft „, dann versteht er ‚ nicht wirklich, was Kraft ist überhaupt.