Er det mer sannsynlig at det å bruke en kilo kraft brå et ben brått enn å gradvis bruke en kilo på kraft?

Nøkkelen her er de snakker om en innvirkning der du snakker om i det vesentlige statiske krefter.

Påvirkninger kan forårsake langt større skade enn en langsomt påført kraft. Dette er fordi materialet tar litt tid å reagere på kraften. Hvis du gjør det sakte, har ting muligheter til lett å spre litt energi som lyd / varme osv. Når du gjør det veldig raskt, har denne energien mindre tid til å spre seg, og kan i stedet føre til at mer av energien går til å deformere materialet. / p>

Hvis det er noe sprøtt som bein; den ekstra deformasjonen kan føre til brudd eller annen form for materialfeil.

Ditt mål på 8 pounds er «statisk» fordi kroppen har god tid til å reagere når den sakte senkes.

Å finne de eksakte effektene i forhold til hastighet vil faktisk kreve noen veldig grundige analyser.

Kommentarer

• Vil disse nyansene virkelig gjøre en stor forskjell for noe vanskelig som et bein? Jeg prøver å fjerne en misforståelse om hva » tvinger » betyr. Personen jeg ‘ m krangler med, mener at en » brå applikasjon » på 8 pund kraft gjør en n » enorm » forskjell. Jeg ‘ sier at å slippe en vekt på 8 pund på noe faktisk gir mye mer enn 8 pund kraft, men han er ikke ‘ t har noe av det. Han ser ut til å forveksle impuls.
• Ja, vennen din vil være interessert i beregningen av impulskrefter (endring i momentum delt på tiden hvor momentumoverføring skjer) som vil være forskjellig fra vekten av gjenstand. Dette er forskjellen i at Falcon 9 bare lander på lekteren mot den like underholdende Falcon Punching of the lamme som resulterer i eksplosjoner, skader og til slutt millioner av dollar. Beina på Falcon 9 må være designet for å håndtere impulskraften under landing og ikke bare vekten alene.
• @pete Sammen med det Rob sa, kan du også se på den potensielle / kinetiske energien, en som faller, har åpenbart mer energi enn en som bare hviler på magen. Du kan også bare vurdere at den med en hastighet må bremse for å stoppe. Denne retardasjonen må komme fra beinene dine, og etter at (og til og med mens den) bremser, vil den fremdeles bruke den ‘ s vekt. Svaret mitt er egentlig bare relevant for spørsmålet i tittelen, da dette ikke er ‘ t ca 8 pund kraft. Det ‘ handler om støtkraften til en falt 8 pund masse.
• Riktig, jeg ‘ prøver å illustrerer det faktum at en 8 pund masse kan gi en hvilken som helst mengde kraft, og å slippe en gir mye mer enn 8 pund. Men enda viktigere at det ikke ‘ ikke var fornuftig for ham å si ting som » kraft fordelt over en lang periode «, fordi kraft er et øyeblikkelig mål; han tenkte på » impuls fordelt over en lang periode «.Hvis du kunne kommentere Quora-tråden, vil det også være nyttig.
• Faktisk siterte han som resonnement: “I mekanikk er en innvirkning en høy kraft eller støt som påføres over en kort periode når to eller flere kropper kolliderer. En slik kraft eller akselerasjon har vanligvis større effekt enn en lavere kraft som påføres over en proporsjonalt lengre periode. ” Selv innenfor dette sitatet har det andre scenariet » lavere kraft » av sin egen innrømmelse, så … igjen, det ‘ en forvirring forårsaket av ordet » pounds » som kan brukes som en vekt ELLER en kraft.

En del av vanskeligheten i diskusjonene om dette spørsmålet er misbruk av ordforråd. artikkelen reference.com sier at «det tar omtrent 7 kilo trykk å bryte et menneskelig krageben.» Syv pund trykk gir ingen mening, siden pund er et mål på kraft, ikke trykk. Det er som å si at en bil har en hastighet på 18 fot. Det vil være mer fornuftig å si at det tar syv pund per kvadratmeter trykk å bryte et menneskelig krageben – selv om dette virker veldig lavt for meg. Et menneske kan utøve omtrent 200 kilo kraft med kjeften når de biter med molarene . Kragebenet vårt kan være et svakere bein enn kjeven, men ikke 15 ganger svakere.

Måten å tenke på stive gjenstander under belastning, i det minste som en tilnærming, er som en fjær. Hvis du bruker en kraft på en gjenstand, deformeres den gjenstanden som svar: en fjær komprimerer, et ben bøyer seg, et bord saks . Mer kraft betyr mer deformasjon. Forholdet mellom kraft og deformasjon er tilnærmet av Hookes lov: $ F = kx $, hvor $ F $ er den påførte kraften, $ x $ er avstanden til sag, kompresjon eller bøyning , og $ k $ er et mål på materialets stivhet. Granitt vil ha en mye høyere verdi på $ k $ enn gummi. En annen ting å merke seg er at ifølge Newtons tredje lov utøver materialet under belastning like stor styrke mot lasten.

Nå, i et ekte materiale, er det maksimal deformasjon før noe i den indre strukturen går i stykker og deformasjonen blir permanent eller materialet går i stykker. Eksistensen av en maksimal deformasjon innebærer at det er en maksimal mengde kraft som gjenstanden kan ta. Hvis du legger for mye vekt på et bord, bryter det .

Her «en video av noen øksesparkende et skrivebord med morsomme konsekvenser . Sparket skjer klokka 1:08. Men legg merke til at noen helt på begynnelsen av videoen og klokken 0:36 står på skrivebordet uten skade gjort (jeg liker hvordan noen forteller fyren å legge begge føttene på skrivebordet, som om det ville lagt mer vekt på det ). Dette er omtrent 100-200 pounds kraft, så hvordan kan en enkelt fot som beveger seg i fart, faktisk bryte pulten?

Fordi foten har masse, tar det en kraft å stoppe den. Fordi pulten ikke kan skape en uendelig kraft, vil foten fortsette å reise inn i pulten etter den første støten. Fordi foten og pulten ikke kan oppta samme plass, deformeres pulten for å gi plass til foten. For at pulten skal overleve sparket, må den stoppe foten før den når bruddpunktet som ble beskrevet for to avsnitt siden. Det samme gjelder kraveben.

La oss se på øyeblikket av støt når hælen først treffer pulten. På dette tidspunktet har ikke pulten deformert i det hele tatt, så den utøver ingen kraft på foten. Foten fortsetter å bevege seg med samme hastighet. Et øyeblikk senere har skrivebordet begynt å bøye seg, og det setter en kraft på foten og bremser den ned. Men foten beveger seg fortsatt nedover. Når skrivebordet bøyes mer og mer når foten fortsetter å bevege seg ned, blir kraften som skrivebordet utøver på foten større (Hookes lov og Newtons tredje lov), slik at foten bremser fortere og raskere. Dette er et løp mellom:

1. kraften øker nok til å stoppe foten og
2. foten reiser langt nok til å bryte pulten.

Hvis styrken ikke øker raskt nok, enten fra foten er for massiv eller utgangshastigheten for høy, så vil foten fremdeles bevege seg når den har beveget seg gjennom skrivebordets maksimale deformasjon og forårsake at den går i stykker.

Hvorfor gjør den stående på et skrivebord nr ikke bryte den? I dette tilfellet må skrivebordet bare forhindre at lasten akselererer i utgangspunktet. Hvis vekten ikke forårsaker brudddeformasjon, kan den motstå den. Å stoppe en bevegelig gjenstand på kort avstand kan kreve en vilkårlig stor mengde kraft, uavhengig av vekten til den bevegelige gjenstanden. Dette er grunnen til at du slipper noe på foten din gjør vondt mer enn å plassere den på foten din. Det kreves større kraft for å stoppe gjenstanden enn for å forhindre at den beveger seg, og en større kraft forårsaker større kompresjon av foten.

Se Teknisk seksjon nedenfor for matematikken.

Avklaring

Jeg antok at «brå påføring av makt» betyr en støt, som innebærer en kollisjon mellom to objekter i fart. Hvis du mente å bare endre en kraft veldig raskt uten bevegelse, så er svaret nei, det vil ikke gjøre mer skade enn en statisk belastning.

For å se dette, forestill deg en bowlingkule som henger fra taket ved et tau. Du plasserer hånden på bunnsiden av bowlingkulen slik at den berører, men uten kraft oppover. Hvis tauet plutselig blir kuttet, kan du spenne musklene og stoppe at bowlingkulen begynner å falle uten å bevege hånden. Hånden din er bra til tross for den plutselige maktutøvelsen. Hvis du prøvde å gjøre det samme (stoppe en fallende bowlingkule med hånden i ro), men med bowlingkulen i en høyde over hånden din, er konsekvensene åpenbare.

For en praktisk anvendelse, tenk deg å skyte en hagle i to stillinger. I den første (og gale) holdningen holder du pistolens rumpe et lite stykke unna skulderen din; i den andre (riktige) holdningen trykker du pistolens rumpe fast mot skulderen din. Den første holdningen vil være gjenstand for all analysen ovenfor fordi pistolen påvirker skulderen din med en innledende hastighet, noe som resulterer i skade på skulderen din, avhengig av hastigheten på pistolrekylen. Med den andre holdningen er kraften på skulderen din begrenset av kruttkraften på kulene. Avhengig av kraftens størrelse, kan det fremdeles etterlate et blåmerke, siden $ k $ kjøtt er mindre enn det for bein, men det er en øvre grense for kraften, i motsetning til pistolens innvirkning i første holdning.

Teknisk seksjon

Siden sparket må stoppes i en viss avstand, er riktig mål på skadepotensial kinetisk energi, ikke momentum. Foten har en innledende kinetisk energi ved innvirkning av $$ K = \ frac {1} {2} mv ^ 2 $$ hvor $ K $ er den kinetiske energien, $ m $ er fotens masse og $ v $ er dens hastighet. Dette er lik arbeidsmengden skrivebordet må gjøre for å stoppe foten, som for en fjær er $$ W = \ frac {1} {2} kx ^ 2 $$ hvor $ W $ er verket (samme enheter som energi) og $ k $ og $ x $ er de samme mengdene fra Hookes lov ovenfor. Siden det er en maksimal mengde deformasjon ($ x_ {max} $) før brudd, har vi følgende ligning for å beskrive tilstanden for å bryte pulten: $$ \ frac {1} {2} mv ^ 2 > \ frac {1} {2} kx_ {max} ^ 2 $$ Løs for $ v $: $$ v > x_ {max} \ sqrt {\ frac {k} {m}} $$ Fra dette kan vi se at det er en hastighet som kan bryte pulten , uavhengig av fotens masse. Hvis denne ulikheten er sann, kan ikke skrivebordet gjøre nok arbeid for å stoppe foten før den brytes. For å sette dette i form av krefter, la oss erstatte Hookes lov i den opprinnelige ligningen : $$ \ frac {1} {2} mv ^ 2 = \ frac {1} {2} \ frac {F_ {max} ^ 2} {k} $$ hvor $ F_ {max} $ styrken utøvd av tabell med maksimal deformasjon. Jeg har byttet til likhet siden jeg vil vite det hva skjer når pulten overlever, det vil si $ W = K $. Løser for $ F_ {max} $ $$ F_ {max} = v \ sqrt {km} $$ Fra dette kan vi konkludere med at den ekvivalente statiske belastningen på et skrivebord fra en støt kan være vilkårlig høy basert på hastigheten til prosjektilet .

Kommentarer

• Dette var akkurat det jeg prøvde å demontrere på Quora-tråden. Det spiller ingen rolle ‘ om 8 pund kraft er forårsaket av en 8 pund vekt som sitter stille eller en 1 pund vekt som krasjer sakte inn i den eller en bordtennisballskyting med enorm hastighet ; den vil fremdeles lese maksimalt 8 kilo kraft. Og å slippe 8 pund vil være mye mer enn 8 pund kraft. Så hvis han latterliggjør meg for min » Hvilende 8 kg vekt » kritikk av påstanden på 8 pund fordi » en rask kraft har mer effekt enn en gradvis kraft «, så skjønner han ikke ‘ t virkelig hva kraft er i det hele tatt.