Katkaiseeko äkillisesti X kiloa voimaa luun todennäköisemmin kuin X puntaa voimaa?

Tärkeintä tässä he ovat puhut -vaikutuksesta , jossa puhut olennaisesti staattisista voimista.

Iskut voivat aiheuttaa paljon suurempia vahinkoja kuin hitaasti kohdistettu voima. Tämä johtuu siitä, että materiaali vie jonkin aikaa reagoimaan voimaan. Jos teet sen hitaasti, asialla on mahdollisuuksia haihtaa energiaa helposti äänenä / lämpönä jne. Kun teet sen hyvin nopeasti, tällä energialla on vähemmän aikaa haihtua ja se voi sen sijaan aiheuttaa enemmän energiaa muodonmuutoksiin. / p>

Jos se on jotain haurasta kuin luut; kyseinen ylimääräinen muodonmuutos voi aiheuttaa murtuman tai muunlaisen materiaalivian.

8 kilon mitta on ”staattinen”, koska kehossa on runsaasti aikaa reagoida, kun sitä lasketaan hitaasti.

Tarkkojen nopeusvaikutusten löytäminen vaatii todella perusteellisen analyysin.

Kommentit

• Ovatko nämä vivahteet todella suuria eroja jossakin kovassa, kuten luussa? Yritän hälventää väärinkäsityksen siitä, mitä ” voima ” tarkoittaa. Henkilö, jonka kanssa minä ’ m väittelen, ajattelee, että ” äkillinen sovellus ” 8 kiloa voimaa saa aikaan n ” valtava ” ero. Olen ’ m sanonut, että 8 kilon painon pudottaminen johonkin aiheuttaa todella paljon enemmän kuin 8 kiloa voimaa, mutta hän ei ole ’ t jolla on jokin niistä. Hän näyttää sekoittavan voimaa impulssiin.
• Kyllä, ystäväsi haluaisi olla kiinnostunut impulssivoimien laskemisesta (impulssimuutos jaettuna ajankohdalla, jolloin impulssisiirto tapahtuu), joka on erilainen kuin voiman paino. esine. Tämä on ero Falcon 9: n yksinkertaisesti laskeutumisessa proomuun verrattuna yhtä viihdyttävään Falconin lävistykseen, joka johtaa räjähdyksiin, vahinkoihin ja lopulta miljooniin dollareihin. Falcon 9: n jalat on suunniteltava käsittelemään impulssivoimaa laskeutumisen aikana eikä pelkästään painoa.
• @pete Robin sanojen lisäksi voit myös tarkastella potentiaalista / kineettistä energiaa, pudottavalla on ilmeisesti enemmän energiaa kuin vain vatsalla lepäävässä. Voit myös harkita vain sitä, jonka nopeuden on hidastuttava pysähtymään. Tämän hidastumisen täytyy tulla luustasi, ja hidastumisen jälkeen (ja jopa sen jälkeen) se käyttää sitä edelleen ’ painolla. Vastauksellani on merkitystä vain otsikossa olevalle kysymykselle, koska tämä ei ole ’ t noin 8 kiloa voimaa. Se ’ kertoo pudonneen 8 kilon massan iskuvoimasta.
• Oikein, yritän ’ yrittää havainnollista sitä tosiasiaa, että 8 kilon massa voi tuottaa minkä tahansa määrän voimaa, ja sen pudottaminen antaa paljon enemmän kuin 8 kiloa. Mutta vielä tärkeämpää on, että ’ ei ollut järkevää sanoa hänelle asioita, kuten ” voima, joka oli jaettu pitkälle ajalle ”, koska voima on hetkellinen mitta; hän ajatteli ” impulssia, joka jakautui pitkälle ajalle ”.Jos voisit kommentoida Quora-säiettä, siitä olisi myös hyötyä.
• Itse asiassa hän mainitsi päättelyinä: ”Mekaniikassa isku on suuri voima tai isku, jota käytetään lyhyessä ajassa, kun kaksi tai useampi elimet törmäävät. Tällaisella voimalla tai kiihtyvyydellä on yleensä suurempi vaikutus kuin suhteellisesti pidemmän ajanjakson aikana käytetyllä pienemmällä voimalla. ” Jopa tässä lainauksessa toisella skenaarialla on ” pienempi voima ” omalla tunnustuksellaan, joten … taas, se ’ sa sekaannus johtuu sanasta ” puntaa ”, jota voidaan käyttää painona TAI voimana.

Osa tämän kysymyksen keskusteluissa esiintyvistä vaikeuksista on sanaston väärinkäyttö. reference.com -artikkelissa todetaan, että ”ihmisen solisluun murtaminen vaatii noin 7 kiloa painetta”. Seitsemällä kilolla paineella ei ole mitään järkeä, koska punnat ovat voiman mitta, ei paine. Se on kuin sanoa, että autolla on 18 jalkaa nopeutta. Olisi järkevämpää sanoa, että ihmisen solisluun murtaminen vaatii seitsemän kiloa painetta neliötuumaa kohti – vaikka tämä tuntuu minusta hyvin alhaiselta. Ihminen voi kohdistaa noin 200 kiloa voimaa leuallaan puremalla molaareja . Klavikaali voi olla heikompi luu kuin leuka, mutta ei 15 kertaa heikompi.

Tapa ajatella jäykkiä esineitä kuormitettuna, ainakin likimääräisesti, on kuin jousi. Jos esineeseen kohdistetaan voimaa, esine deformoituu vastauksena: jousi puristuu, luu taipuu, pöytä roikkuu Lisää voimaa tarkoittaa enemmän muodonmuutoksia. Voiman ja muodonmuutoksen välinen suhde arvioidaan Hooken lailla: $ F = kx $, jossa $ F $ on käytetty voima, $ x $ on taipuman, puristuksen tai taivutuksen etäisyys. , ja $ k $ on materiaalin jäykkyyden mitta. Graniitin arvo on paljon korkeampi kuin kumi. Toinen asia on huomata, että Newtonin kolmannen lain mukaan kuormitettu materiaali kohdistuu yhtä suurella voimalla kuormitusta vastaan.

Nyt todellisessa materiaalissa on enimmäismäärä muodonmuutoksia ennen jotain sisäisessä rakenteessa rikkoutuu ja muodonmuutos muuttuu pysyväksi tai materiaali hajoaa paloiksi. Suurimman muodonmuutoksen olemassaolo tarkoittaa, että esineellä on enimmäisvoima. Jos asetat liikaa painoa pöydälle, se hajoaa .

Tässä on video jonkun kirveen potkimisesta, jolla on hauskoja seurauksia . Potku tapahtuu klo 1:08. Mutta huomaa, että videon alussa ja kello 0:36 joku seisoo pöydällä vahingoittamatta (pidän siitä, kuinka joku käskee kaveria asettamaan molemmat jalat pöydälle, ikään kuin se painostaisi sitä enemmän) ). Tämä on noin 100-200 kiloa voimaa, joten kuinka yksi nopeudella kulkeva jalka voi todella rikkoa työpöydän?

Koska jalalla on massa, sen pysäyttäminen vaatii voimaa. Koska työpöytä ei voi luoda loputonta voimaa, jalka kulkee työpöydälle ensimmäisen iskun jälkeen. Koska jalka ja työpöytä eivät voi viedä samaa tilaa, työpöytä taipuu muodostaen tilaa jalalle. Jotta työpöytä selviäisi potkun, sen on pysäytettävä jalka ennen kuin se saavuttaa kaksi kohtaa sitten kuvatun murtumispisteen. Sama koskee solisluita.

Otetaan huomioon iskuhetki, jolloin kantapää osuu ensimmäisen kerran työpöydälle. Tässä vaiheessa työpöytä ei ole ollenkaan deformoitunut, joten se ei kohdista voimaa jalkaan. . Jalka liikkuu jatkuvasti samalla nopeudella. Heti myöhemmin työpöytä on alkanut taipua, joten se asettaa voiman jalkaan hidastamalla sitä. Mutta jalka liikkuu edelleen alaspäin. Kun työpöytä taipuu enemmän ja enemmän kuin jalka liikkuu edelleen alaspäin, työpöydän jalkaan kohdistama voima kasvaa (Hooken laki ja Newtonin kolmas laki), joten jalka hidastuu nopeammin. Tämä on kilpailu seuraavien välillä:

1. voima kasvaa tarpeeksi jalan pysäyttämiseksi ja
2. jalka kulkee riittävän pitkälle pöydän rikkomiseksi.

Jos voima ei kasva tarpeeksi nopeasti joko jalan ollessa liian massiivinen tai aloitusnopeus liian suuri, jalka liikkuu edelleen, kun se on kulkenut pöydän suurimman muodonmuutoksen kautta aiheuttaen sen murtumisen.

Miksi seisoo pöydällä nro rikkoa sitä? Tässä tapauksessa työpöydän on vain estettävä kuorman kiihtyminen. Jos paino ei aiheuta rikkoutuvaa muodonmuutosta, se voi vastustaa sitä. Liikkuvan kohteen pysäyttäminen lyhyellä etäisyydellä voi vaatia mielivaltaisesti suurta voimaa riippumatta liikkuvan kohteen painosta. Siksi pudottamalla jotain jalkaasi satuttaa enemmän kuin asettamalla se jalkasi. Kohteen pysäyttämiseen tarvitaan suurempi voima kuin estämään sen liikkumista, ja suurempi voima aiheuttaa suuremman puristuksen jalkaasi.

Katso Tekninen osio alla matematiikalle.

Selvennys

Oletin, että ”voiman äkillinen käyttö” tarkoittaa iskeä, mikä tarkoittaa kahden kohteen törmäystä nopeudella. Jos tarkoitit yksinkertaisesti voiman vaihtamista hyvin nopeasti ilman liikettä, vastaus on ei, se ei aiheuta enempää vahinkoa kuin staattinen kuormitus.

Voit nähdä tämän kuvittelemalla katosta riippuvan keilapallon köysi. Asetat kätesi keilapallon pohjalle niin, että se koskettaa, mutta ilman ylöspäin suuntautuvaa voimaa. Jos köysi leikataan yhtäkkiä, voit jännittää lihaksiasi ja estää keilapallon alkavan pudota liikuttamatta kättäsi. Käsi on kunnossa huolimatta äkillisestä voimankäytöstä siihen. Jos yritit tehdä saman asian (pysäyttää putoava keilapallo kädelläsi pidettynä), mutta keilapallo alkaa käden yläpuolelta, seuraukset ovat ilmeiset.

Käytännön sovelluksessa Kuvittele ampuvan haulikko kahdella otteella. Ensimmäisessä (ja väärässä) asennossa pidät aseen takapuolta pienen matkan päässä olkapäästäsi; toisessa (oikeassa) asennossa painat aseen takapuolta tukevasti olkapäätäsi vasten. Ensimmäiselle asennolle tehdään kaikki yllä olevat analyysit, koska ase osuu olkapäähän alkunopeudella, mikä johtaa olkapääsi loukkaantumiseen aseen takaiskun nopeudesta riippuen. Toisella asennolla olkapääsi voimaa rajoittaa luotien ampuma-jauheen voima. Voiman koosta riippuen se voi silti jättää mustelman, koska lihan $ k $ on pienempi kuin luun, mutta voimalla on yläraja, toisin kuin aseen isku ensimmäisessä asennossa.

Tekninen osa

Koska potku on lopetettava tietyllä etäisyydellä, vahinkopotentiaalin oikea mitta on liike-energia, ei liikemäärä. Jalan kineettinen energia on alkuvaiheessa $$ K = \ frac {1} {2} mv ^ 2 $$, jossa $ K $ on kineettinen energia, $ m $ on jalan massa ja $ v $ on sen nopeus. Tämä on yhtä suuri kuin työ, jonka työpöydän on tehtävä jalan pysäyttämiseksi, mikä on jouselle $$ W = \ frac {1} {2} kx ^ 2 $$, jossa $ W $ on työ (samat yksiköt kuten energia) ja $ k $ ja $ x $ ovat samat määrät yllä olevasta Hooken laista. Koska muodonmuutoksia on maksimissaan ($ x_ {max} $) ennen rikkoutumista, meillä on seuraava yhtälö kuvaamaan ehtoa pöydän rikkomisesta: $$ \ frac {1} {2} mv ^ 2 > \ frac {1} {2} kx_ {max} ^ 2 $$ $ v: n ratkaiseminen $: $$ v > x_ {max} \ sqrt {\ frac {k} {m}} $$ Tästä voimme nähdä, että on olemassa nopeus, joka voi rikkoa pöydän , riippumatta jalan massasta. Jos tämä epätasa-arvo on totta, työpöytä ei voi tehdä tarpeeksi työtä pysäyttääkseen jalan ennen murtamista. Jos haluat sanoa tämän voimien muodossa, korvataan ”s Hooken” lailla alkuperäiseen yhtälöön : $$ \ frac {1} {2} mv ^ 2 = \ frac {1} {2} \ frac {F_ {max} ^ 2} {k} $$ missä $ F_ {max} $ voimaa, jonka taulukko suurimmalla muodonmuutoksella. Olen siirtynyt tasa-arvoon, koska haluan tietää mitä tapahtuu, kun työpöytä selviää eli $ W = K $. Ratkaisu arvolle $ F_ {max} $ $$ F_ {max} = v \ sqrt {km} $$ Tästä voimme päätellä, että vastaava staattinen kuormitus työpöydälle iskusta voi olla mielivaltaisesti suuri ammuksen nopeuden perusteella .

Kommentit

• Juuri tätä yritin demontroida Quora-ketjussa. Sillä ’ ei ole väliä, jos 8 kiloa voimaa johtuu paikallaan istuvasta 8 kilon painosta tai hitaasti siihen törmänneestä 1 kilon painosta tai valtavan nopeudella ampuvasta pingispongista ; se lukee edelleen enintään 8 kiloa voimaa. Ja 8 kilon pudottaminen on enemmän kuin 8 kiloa voimaa. Joten jos hän pilkkaa minua ” levossa olevan 8 paunan paino ” kritiikistä 8 puntaa koskevasta vaatimuksesta, koska ” nopealla voimalla on enemmän vaikutusta kuin asteittaisella voimalla ”, niin hän ei ymmärrä, mikä voima on ’ ollenkaan.