Is het waarschijnlijker dat het abrupt uitoefenen van X pond kracht een bot breekt dan het geleidelijk toepassen van X pond kracht?

De sleutel hier is dat zij hebben het over een impact waar je het hebt over in wezen statische krachten.

Impact kan veel grotere schade aanrichten dan een langzaam uitgeoefende kracht. Dit komt doordat het materiaal enige tijd nodig heeft om op de kracht te reageren. Als je het langzaam doet, hebben dingen de mogelijkheid om gemakkelijk wat energie af te voeren zoals geluid / warmte enz. Als je het heel snel doet, heeft deze energie minder tijd om te verdrijven en kan er in plaats daarvan meer energie in het materiaal terechtkomen. / p>

Als het iets broos is zoals botten, kan die extra vervorming een breuk of een andere vorm van materiaalfalen veroorzaken.

Uw maat van 8 pond is “statisch” omdat het lichaam genoeg tijd om te reageren aangezien het langzaam wordt verlaagd.

Om de exacte effecten in relatie tot snelheid te vinden, zou eigenlijk een zeer diepgaande analyse nodig zijn.

Opmerkingen

• Zullen die nuances echt een groot verschil maken voor iets hards zoals een bot? Ik probeer een misvatting weg te nemen over wat ” forceert ” betekent. De persoon met wie ik ‘ m ruzie heb, denkt dat een ” abrupte toepassing ” van 8 pond kracht maakt een n ” enorm ” verschil. Ik ‘ m zeggend dat het laten vallen van een gewicht van 8 pond op iets feitelijk veel meer dan 8 pond kracht verleent, maar hij is niet ‘ t er iets van hebben. Hij lijkt kracht voor impuls aan te zien.
• Ja, je vriend zou geïnteresseerd zijn in de berekening van impulskrachten (verandering in momentum gedeeld door tijd waarin momentumoverdracht plaatsvindt) die anders zullen zijn dan het gewicht van de voorwerp. Dit is het verschil tussen de Falcon 9 die gewoon op het schip landt versus het al even vermakelijke Falcon Punching van het schip, wat resulteert in explosies, schade en uiteindelijk miljoenen dollars. De poten van de Falcon 9 moeten ontworpen zijn om de impulskracht tijdens de landing aan te kunnen en niet alleen het gewicht.
• @pete Naast wat Rob zei, kun je ook kijken naar de potentiële / kinetische energie, de een die valt heeft duidelijk meer energie dan een die gewoon op je buik rust. Je kunt ook gewoon bedenken dat degene met een snelheid moet vertragen om te stoppen. Deze vertraging zal van je botten moeten komen, en na (en zelfs terwijl) het vertraagt, zal het nog steeds het ‘ s gewicht toepassen. Mijn antwoord is eigenlijk alleen relevant voor de vraag in de titel, aangezien dit is niet ‘ t ongeveer 8 pond kracht. Het ‘ gaat over de impactkracht van een afgevallen massa van 8 pond.
• Juist, ik ‘ m probeer illustreren het feit dat een massa van 8 pond elke hoeveelheid kracht kan uitoefenen, en als je er een laat vallen, levert dat veel meer op dan 8 pond. Maar nog belangrijker is dat het ‘ niet logisch was voor hem om dingen te zeggen als ” geforceerd verdeeld over een lange tijdsperiode “, omdat kracht een onmiddellijke maat is; hij dacht aan ” impuls verdeeld over een lange tijdsperiode “.Als je iets zou kunnen zeggen over de Quora-thread, dat zou ook nuttig zijn.
• In feite citeerde hij als redenering: “In mechanica is een impact een hoge kracht of schok die wordt uitgeoefend gedurende een korte periode waarin twee of meer lichamen botsen. Zon kracht of versnelling heeft meestal een groter effect dan een lagere kracht die over een proportioneel langere periode wordt uitgeoefend. ” Zelfs binnen dit citaat heeft het tweede scenario ” lagere kracht ” naar eigen zeggen, dus … nogmaals, het is ‘ is een verwarring die wordt veroorzaakt door het woord ” pond ” dat kan worden gebruikt als een gewicht OF een kracht.

Een deel van de moeilijkheid bij de bespreking van deze vraag is het misbruik van woordenschat. In het reference.com-artikel staat dat “er ongeveer 7 pond druk nodig is om een menselijk sleutelbeen te breken”. Zeven pond druk heeft geen zin, aangezien pond een maat is voor kracht, niet voor druk. Het is alsof je zegt dat een auto 18 voet snelheid heeft. Het zou logischer zijn om te zeggen dat er zeven pond per vierkante inch aan druk nodig is om een menselijk sleutelbeen te breken – hoewel dit me erg laag lijkt. Een mens kan ongeveer 200 pond kracht uitoefenen met zijn kaak wanneer hij met de kiezen bijt . Ons sleutelbeen kan een zwakker bot zijn dan de kaak, maar niet 15 keer zwakker.

De manier om over stijve objecten onder belasting te denken, althans als benadering, is als een veer. Als je een kracht uitoefent op een object, vervormt dat object als reactie: een veer drukt samen, een bot buigt, een tafel zakt . Meer kracht betekent meer vervorming. De relatie tussen kracht en vervorming wordt benaderd door de wet van Hooke: $ F = kx $, waarbij $ F $ de uitgeoefende kracht is, $ x $ de afstand van de doorzakking, compressie of buiging , en $ k $ is een maat voor de stijfheid van het materiaal. Graniet heeft een veel hogere waarde van $ k $ dan rubber. Een ander ding om op te merken is dat, volgens de derde wet van Newton, het materiaal onder belasting een gelijkwaardige kracht uitoefent tegen de belasting.

Nu, in een echt materiaal, is er een maximale hoeveelheid vervorming voordat iets in de interne structuur breekt en de vervorming wordt permanent of het materiaal breekt in stukken. Het bestaan van een maximale vervorming houdt in dat er een maximale hoeveelheid kracht is die het object kan verdragen. Als je teveel gewicht op een tafel legt, breekt het .

Hier is een video van iemand die tegen een bureau schopt met hilarische gevolgen . De kick vindt plaats om 1:08. Maar merk op dat aan het begin van de video en om 0:36 er iemand op het bureau staat zonder dat er iets aan de hand is (ik vind het leuk hoe iemand de man vertelt om beide voeten op het bureau te zetten, alsof dat er meer gewicht op zou uitoefenen) ). Dit is ongeveer 100-200 pond aan kracht, dus hoe kan een enkele voet die met hoge snelheid reist, het bureau breken?

Omdat de voet massa heeft, is er kracht nodig om het te stoppen. Omdat het bureau geen oneindige kracht kan uitoefenen, blijft de voet na de eerste botsing het bureau in reizen. Omdat de voet en het bureau niet dezelfde ruimte kunnen innemen, vervormt het bureau om plaats te maken voor de voet. Om ervoor te zorgen dat het bureau de trap overleeft, moet het de voet stoppen voordat het het breekpunt bereikt dat twee alineas geleden werd beschreven. Hetzelfde geldt voor sleutelbeenderen.

Laten we eens kijken naar het moment van impact, wanneer de hiel voor het eerst het bureau raakt. Op dit punt is het bureau helemaal niet vervormd, dus het oefent geen kracht uit op de voet . De voet blijft met dezelfde snelheid bewegen. Een ogenblik later begint het bureau te buigen, en dus oefent het een kracht uit op de voet, waardoor deze wordt vertraagd. Maar de voet beweegt nog steeds naar beneden. Naarmate het bureau meer en meer buigt meer naarmate de voet naar beneden blijft bewegen, wordt de kracht die het bureau op de voet uitoefent groter (de wet van Hooke en de derde wet van Newton), dus de voet vertraagt steeds sneller. Dit is een race tussen:

1. de kracht die voldoende toeneemt om de voet te stoppen en
2. de voet beweegt ver genoeg om het bureau te breken.

Als de kracht niet toeneemt snel genoeg, ofwel doordat de voet te massief is of de beginsnelheid te hoog, dan zal de voet nog steeds bewegen wanneer hij door de maximale vervorming van het bureau is gegaan, waardoor hij breekt.

Waarom doet staand op een bureau nr niet breken? In dit geval hoeft het bureau alleen maar te voorkomen dat de belasting in de eerste plaats versnelt. Als het gewicht geen breukvervorming veroorzaakt, kan het dit weerstaan. Het op korte afstand stoppen van een bewegend object kan een willekeurig grote hoeveelheid kracht vergen, onafhankelijk van het gewicht van het bewegende object. Daarom laat u iets op uw voet vallen doet meer pijn dan het op uw voet plaatsen. Er is meer kracht nodig om het object te stoppen dan om te voorkomen dat het beweegt, en een grotere kracht veroorzaakt meer compressie van uw voet.

Zie de Technische sectie hieronder voor de wiskunde.

Verduidelijking

Ik ging ervan uit dat “abrupte toepassing van kracht” een botsing betekent, wat een botsing van twee objecten met hoge snelheid inhoudt. Als je gewoon heel snel een kracht zonder beweging wilt veranderen, dan is het antwoord nee, het zal niet meer schade aanrichten dan een statische belasting.

Om dit te zien, stel je voor dat een bowlingbal aan het plafond hangt een touw. Je plaatst je hand op de onderkant van de bowlingbal zodat deze elkaar raakt, maar zonder opwaartse kracht. Als het touw plotseling wordt doorgesneden, kunt u uw spieren aanspannen en voorkomen dat de bowlingbal begint te vallen zonder uw hand te bewegen. Uw hand is in orde ondanks de plotselinge toepassing van kracht. Als je hetzelfde probeerde te doen (een vallende bowlingbal stoppen met je hand stil gehouden) maar met de bowlingbal die op een hoogte boven je hand begint, zijn de gevolgen duidelijk.

Voor een praktische toepassing, stel je voor dat je een jachtgeweer in twee standen afvuurt. In de eerste (en verkeerde) houding houd je de kolf van het pistool op een kleine afstand van je schouder; in de tweede (juiste) houding druk je de kolf van het pistool stevig tegen je schouder. De eerste houding zal worden onderworpen aan alle bovenstaande analyses omdat het pistool met een beginsnelheid op uw schouder botst, wat resulteert in letsel aan uw schouder, afhankelijk van de snelheid van de terugslag van het pistool. Bij de tweede stand wordt de kracht op je schouder beperkt door de kracht van het buskruit op de kogels. Afhankelijk van de grootte van de kracht, kan het nog steeds een blauwe plek achterlaten, aangezien de $ k $ van vlees minder is dan die van bot, maar er is een bovengrens aan de kracht, in tegenstelling tot de impact van het pistool in de eerste houding.

Technische sectie

Aangezien de kick op een bepaalde afstand moet worden gestopt, is de juiste maat voor het schadepotentieel kinetische energie, niet momentum. De voet heeft een aanvankelijke kinetische energie bij impact van $$ K = \ frac {1} {2} mv ^ 2 $$ waarbij $ K $ de kinetische energie is, $ m $ de massa van de voet en $ v $ is zijn snelheid. Dit is gelijk aan de hoeveelheid werk die het bureau moet doen om de voet te stoppen, wat voor een veer $$ W = \ frac {1} {2} kx ^ 2 $$ is, waarbij $ W $ het werk is (dezelfde eenheden als energie) en $ k $ en $ x $ zijn dezelfde grootheden uit de wet van Hooke hierboven. Aangezien er een maximale hoeveelheid vervorming ($ x_ {max} $) is voordat deze wordt verbroken, hebben we de volgende vergelijking om de toestand te beschrijven voor het breken van het bureau: $$ \ frac {1} {2} mv ^ 2 > \ frac {1} {2} kx_ {max} ^ 2 $$ Oplossen voor $ v $: $$ v > x_ {max} \ sqrt {\ frac {k} {m}} $$ Hieruit kunnen we zien dat er een snelheid is die het bureau kan breken , ongeacht de massa van de voet. Als deze ongelijkheid waar is, kan het bureau niet genoeg werk doen om de voet te stoppen voordat hij breekt. Om dit in termen van krachten uit te drukken, laten we de wet van Hooke in de oorspronkelijke vergelijking vervangen. : $$ \ frac {1} {2} mv ^ 2 = \ frac {1} {2} \ frac {F_ {max} ^ 2} {k} $$ waarbij $ F_ {max} $ de kracht uitgeoefend door de tafel op maximale vervorming. Ik ben overgeschakeld op gelijkheid sinds ik het wil weten wat gebeurt er als het bureau het overleeft, dat wil zeggen $ W = K $. Oplossen voor $ F_ {max} $ $$ F_ {max} = v \ sqrt {km} $$ Hieruit kunnen we concluderen dat de equivalente statische belasting op een bureau door een botsing willekeurig hoog kan zijn op basis van de snelheid van het projectiel .

Opmerkingen

• Dit is precies wat ik probeerde te demonstreren in de Quora-thread. Het maakt niet ‘ uit of 8 pond kracht wordt veroorzaakt door een gewicht van 8 pond dat stilzit of een gewicht van 1 pond dat er langzaam tegenaan botst of een pingpongbal die met een enorme snelheid schiet ; het leest nog steeds maximaal 8 pond kracht. En 8 pond laten vallen, zal veel meer zijn dan 8 pond kracht. Dus als hij me belachelijk maakt vanwege mijn ” Gewicht van 8 pond in rust ” kritiek op de claim van 8 pond omdat ” een snelle kracht heeft meer effect dan een geleidelijke kracht “, dan ‘ begrijpt hij niet echt wat kracht is helemaal.