Lapplication brusque de X livres de force est-elle plus susceptible de casser un os que dappliquer progressivement X livres de force?

La clé ici est quils parlent dun impact où vous parlez de forces essentiellement statiques.

Les impacts peuvent causer des dégâts bien plus importants quune force appliquée lentement. Cest parce que le matériau met un certain temps à réagir à la force. Si vous le faites lentement, les choses ont la possibilité de dissiper facilement de lénergie sous forme de son / chaleur, etc. Lorsque vous le faites très vite, cette énergie a moins de temps pour se dissiper et peut à la place entraîner une plus grande partie de lénergie à déformer le matériau.

Si cest quelque chose de fragile comme des os; cette déformation supplémentaire pourrait provoquer une fracture ou une autre forme de défaillance matérielle.

Votre mesure de 8 livres est « statique » parce que le corps a beaucoup de temps pour réagir car il est lentement abaissé.

Trouver les effets exacts par rapport à la vitesse nécessiterait en fait une analyse très approfondie.

Commentaires

• Ces nuances feront-elles vraiment une grande différence pour quelque chose de dur comme un os? Jessaie de dissiper une idée fausse sur ce que  » force  » signifie. La personne avec qui ‘ m discute pense quune  » application brusque  » de 8 livres de force fait un n  » immense  » différence. Je ‘ m disant que laisser tomber un poids de 8 livres sur quelque chose confère en fait beaucoup plus de 8 livres de force, mais il nest pas ‘ t avoir lun dentre eux. Il semble confondre force et impulsion.
• Oui, votre ami serait intéressé par le calcul des forces impulsionnelles (changement délan divisé par le temps pendant lequel le transfert délan se produit) qui sera différent du poids du objet. Cest la différence entre le Falcon 9 atterrissant simplement sur la barge et le Falcon Punching tout aussi divertissant de la barge, entraînant des explosions, des dommages et, finalement, des millions de dollars. Les jambes du Falcon 9 doivent être conçues pour gérer la force dimpulsion lors de latterrissage et pas uniquement le poids.
• @pete Parallèlement à ce que Rob a dit, vous pouvez également regarder lénergie potentielle / cinétique, le celui qui tombe a évidemment plus dénergie que celui qui repose simplement sur le ventre. Vous pouvez également simplement considérer celui dont la vitesse doit ralentir pour sarrêter. Cette décélération devra provenir de vos os, et après (et même pendant) quelle décélérera, elle appliquera toujours son poids ‘. Ma réponse nest vraiment pertinente que pour la question du titre, car cela nest ‘ t quenviron 8 livres de force. Il ‘ parle de la force d’impact d’une masse de 8 livres perdue.
• Correct, je ‘ essaie de illustrent le fait quune masse de 8 livres peut conférer nimporte quelle force, et en laisser tomber une confère beaucoup plus que 8 livres. Mais plus important encore, il n’a ‘ pas de sens pour lui de dire des choses comme  » une force répartie sur une longue période « , car la force est une mesure instantanée; il pensait à  » impulsion distribuée sur une longue période de temps « .Si vous pouviez commenter le fil de discussion Quora, cela serait également utile.
• En fait, il a cité comme raisonnement: «En mécanique, un impact est une force élevée ou un choc appliqué sur une courte période lorsque deux ou plus les corps entrent en collision. Une telle force ou accélération a généralement un effet plus important qu’une force inférieure appliquée sur une période proportionnellement plus longue. » Même dans cette citation, le deuxième scénario a  » force inférieure  » de son propre aveu, donc … encore une fois, il ‘ est une confusion causée par le mot  » livres  » qui peut être utilisé comme un poids OU une force.

Une partie de la difficulté dans les discussions sur cette question est lutilisation abusive du vocabulaire. Larticle reference.com déclare qu « il faut environ 7 livres de pression pour briser une clavicule humaine ». Sept livres de pression nont aucun sens, car les livres sont une mesure de force, pas de pression. Cest comme dire quune voiture a une vitesse de 18 pieds. Il serait plus logique de dire quil faut sept livres par pouce carré de pression pour briser une clavicule humaine – bien que cela me semble très faible. Un humain peut exercer une force denviron 200 livres avec sa mâchoire lorsquil mord avec les molaires . Notre clavicule peut être un os plus faible que la mâchoire, mais pas 15 fois plus faible.

La façon de considérer les objets rigides sous charge, au moins comme une approximation, est comme un ressort. Si vous appliquez une force sur un objet, cet objet se déforme en réponse: un ressort se comprime, un os se plie, une table saffaisse. . Plus de force signifie plus de déformation. La relation entre la force et la déformation est approximée par la loi de Hooke: $ F = kx $, où $ F $ est la force appliquée, $ x $ est la distance de la flèche, de la compression ou du pli , et $ k $ est une mesure de la rigidité du matériau. Le granit aura une valeur beaucoup plus élevée de $ k $ que le caoutchouc. Une autre chose à noter est que, selon la troisième loi de Newton, le matériau sous charge exerce une force de magnitude égale contre la charge.

Maintenant, dans un matériau réel, il y a un maximum de déformation avant quelque chose dans la structure interne se brise et la déformation devient permanente ou le matériau se brise en morceaux. Lexistence dune déformation maximale implique quil y a une force maximale que lobjet peut supporter. Si vous mettez trop de poids sur une table, elle se brise .

Voici « une vidéo de quelquun frappant un bureau à la hache avec des conséquences hilarantes . Le coup de pied a lieu à 1:08. Mais notez quau tout début de la vidéo et à 0:36, quelquun se tient sur le bureau sans faire de mal (jaime la façon dont quelquun dit au gars de mettre les deux pieds sur le bureau, comme si cela mettrait plus de poids dessus ). Cela représente environ 100 à 200 livres de force, alors comment un seul pied voyageant à grande vitesse peut-il réellement casser le bureau?

Parce que le pied a une masse, il faut une force pour larrêter. Parce que le bureau ne peut pas créer une force infinie, le pied continuera à se déplacer dans le bureau après limpact initial. Parce que le pied et le bureau ne peuvent pas occuper le même espace, le bureau se déforme pour laisser place au pied. Pour que le bureau survive au coup de pied, il doit arrêter le pied avant quil natteigne le point de rupture décrit il y a deux paragraphes. Il en va de même pour les clavicules.

Considérons le moment de l’impact, lorsque le talon touche le bureau pour la première fois. À ce stade, le bureau ne s’est pas du tout déformé, il n’exerce donc aucune force sur le pied. . Le pied continue de bouger à la même vitesse. Un instant plus tard, le bureau a commencé à se plier, et il met donc une force sur le pied, ce qui le ralentit. Mais, le pied continue de descendre. Alors que le bureau se plie de plus en plus et de plus, à mesure que le pied continue de descendre, la force exercée par le bureau sur le pied augmente (la loi de Hooke et la troisième loi de Newton), de sorte que le pied ralentit de plus en plus vite. Cest une course entre:

1. la force augmente suffisamment pour arrêter le pied et
2. le pied se déplace suffisamment loin pour casser le bureau.

Si la force naugmente pas assez rapide, que ce soit parce que le pied est trop massif ou que la vitesse initiale est trop élevée, alors le pied continuera de bouger quand il aura traversé la déformation maximale du bureau, le faisant casser.

Pourquoi debout sur un bureau non t le casser? Dans ce cas, le pupitre na quà empêcher la charge daccélérer en premier lieu. Si le poids ne provoque pas de déformation par rupture, il peut y résister. Larrêt dun objet en mouvement sur une courte distance peut nécessiter une force arbitrairement élevée, indépendamment du poids de lobjet en mouvement. Cest pourquoi laisser tomber quelque chose sur votre pied fait plus mal que de le placer sur votre pied. Une plus grande force est nécessaire pour arrêter l’objet que pour l’empêcher de bouger, et une plus grande force entraîne une plus grande compression de votre pied.

Voir le Section technique ci-dessous pour les calculs.

Clarification

Jai supposé que « application brusque de force » signifie un impact, ce qui implique une collision de deux objets à grande vitesse. Si vous vouliez simplement changer une force très rapidement sans mouvement, alors la réponse est non, cela ne fera pas plus de dégâts quune charge statique.

Pour voir cela, imaginez une boule de bowling suspendue au plafond en une corde. Vous placez votre main sur le côté inférieur de la boule de bowling de manière à ce quelle se touche, mais sans force ascendante. Si la corde est soudainement coupée, vous pouvez contracter vos muscles et empêcher la boule de bowling de commencer à tomber sans bouger la main. Votre main va bien malgré lapplication soudaine dune force. Si vous avez essayé de faire la même chose (arrêter une boule de bowling qui tombe avec votre main immobile) mais avec la boule de bowling commençant à une hauteur au-dessus de votre main, les conséquences sont évidentes.

Pour une application pratique, imaginez tirer un fusil de chasse en deux positions. Dans la première (et la mauvaise) position, vous tenez la crosse du pistolet à une petite distance de votre épaule; dans la deuxième position (correcte), vous appuyez fermement la crosse du pistolet contre votre épaule. La première position sera soumise à toutes les analyses ci-dessus, car le pistolet heurte votre épaule avec une vitesse initiale, ce qui entraîne des blessures à lépaule en fonction de la vitesse de recul du pistolet. Avec la deuxième position, la force sur votre épaule est limitée par la force de la poudre à canon sur les balles. En fonction de la taille de la force, elle peut encore laisser une ecchymose, puisque le $ k $ de chair est inférieur à celui de los, mais il y a une limite supérieure à la force, contrairement à limpact du pistolet dans la première position.

Section technique

Puisque le coup de pied doit être arrêté à une certaine distance, la mesure correcte du potentiel de dégâts est lénergie cinétique, pas lélan. Le pied a une énergie cinétique initiale à limpact de $$ K = \ frac {1} {2} mv ^ 2 $$ où $ K $ est lénergie cinétique, $ m $ est la masse du pied et $ v $ est sa vitesse. Ceci est égal à la quantité de travail que le bureau doit faire pour arrêter le pied, qui pour un ressort est $$ W = \ frac {1} {2} kx ^ 2 $$ où $ W $ est le travail (mêmes unités comme énergie) et $ k $ et $ x $ sont les mêmes quantités de la loi de Hooke ci-dessus. Puisquil y a une quantité maximale de déformation ($ x_ {max} $) avant la rupture, nous avons léquation suivante pour décrire la condition pour casser le bureau: $$ \ frac {1} {2} mv ^ 2 > \ frac {1} {2} kx_ {max} ^ 2 $$ Résoudre pour $ v $: $$ v > x_ {max} \ sqrt {\ frac {k} {m}} $$ À partir de là, nous pouvons voir quil y a une vitesse qui peut casser le bureau , quelle que soit la masse du pied. Si cette inégalité est vraie, alors le bureau ne peut pas faire assez de travail pour arrêter le pied avant de se casser. Pour mettre cela en termes de forces, remplaçons par la loi de Hooke dans léquation dorigine : $$ \ frac {1} {2} mv ^ 2 = \ frac {1} {2} \ frac {F_ {max} ^ 2} {k} $$ où $ F_ {max} $ la force exercée par le table à la déformation maximale. Je suis passé à légalité depuis que je veux savoir ce qui se passe lorsque le bureau survit, cest-à-dire $ W = K $. Résoudre pour $ F_ {max} $ $$ F_ {max} = v \ sqrt {km} $$ À partir de là, nous pouvons conclure que la charge statique équivalente sur un bureau à partir dun impact peut être arbitrairement élevée en fonction de la vitesse du projectile .

Commentaires

• Cest précisément ce que jessayais de démontrer sur le fil de discussion Quora. Cela na ‘ que si 8 livres de force sont causés par un poids de 8 livres immobile ou un poids de 1 livre sécrasant lentement dessus ou une balle de ping-pong tirant avec une vitesse incroyable ; il lira toujours un maximum de 8 livres de force. Et une chute de 8 livres sera bien plus que 8 livres de force. Donc, sil me ridiculise pour ma critique de  » 8 livres au repos  » de la réclamation de 8 livres parce que  » une force rapide a plus deffet quune force graduelle « , alors il ‘ ne comprend pas vraiment ce quest la force du tout.