自由落体掉落到地面的冲击力怎么计算
来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/08/23 10:20:42
简单的估算,视具体情况而定
有两种极限情形:物体完全反弹和完全不反弹
前者
2MV=F*t
后者
MV=F*t
M质量,V触地速度,F平均冲击力,t接触时间 这个与材料有关。
更真实的解需要做碰撞分析。
计算接触地面的时间和反弹速度,用冲量定理
如果条件是这样:相同的物体从不同的高度落到地面所产生的冲击力。那么问题就比较容易解决了。
既然是相同物体那就可以假定与地面的接触时间基本一样,这样根据动量定理(假设接触时间很短,这段时间内物体受重力作用的动量变化趋于零)有:(1+e)mv=Ft(e为弹性系数,取值0~1,m为物体质量,v为触地时速率,F为平均所受力大小,t为接触时间),于是得:F1/F2=v1/v2。根据能量守恒定律有:2mgh=mv^2。于是得:h1/h2=v1^2/v2^2,比较两式就可得:F1/F2=(h1/h2)^0.5,就是说平均力与高度的1/2次方成正比。
如果要测F的绝对值,就必须测量物体与地的接触时间,这是个难点,一般这个时间都很短。如果是真空中的实验(忽略空气阻力),可以这样测:测物体下落的高度h和反弹的高度h'以及整个开始下落至反弹至最高的时间T(由于时间增长所以比较容易测量,不错测量也要求比较高的精度),将这个时间T减去下落和上升的两段时间之和t'(这个根据h=gt^2/2可以容易求得)就得到了碰撞时间。如果一次测量误差较大可以让物体多弹几次,后面每一个循环过程下落和上升过程是前一个循环的e倍(用初等物理很容易求得e=h'/h),这样高度还是测第一次下落得h和第一次上升的h',和整个过程的时间T',然后假设测了n各循环,那么接触时间t={T'-[1+e+e^2+...+e^(n-1)]*t'}/n,由于t扩大了n倍所以测量误差减小。当然也可以多做几次只弹一个来回的实验后取平均值。
最后一个简单的地办法,直接让物体下落到电子秤上,眼睛看就可以看到这个作用力的最大值(其实最大值才时判断物体是否会破坏的判断标准)。这种方法测得的是物体和电子秤面作用时的受力,与地面接触有所不同(e值不同)。