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    Como calcular a força de um objeto em queda

    O cálculo da força em uma ampla gama de situações é crucial para a física. Na maioria das vezes, a segunda lei de Newton (F \u003d ma) é tudo o que você precisa, mas essa abordagem básica nem sempre é a maneira mais direta de resolver todos os problemas. Ao calcular a força para um objeto em queda, há alguns fatores extras a serem considerados, incluindo a altura em que o objeto está caindo e a rapidez com que ele para. Na prática, o método mais simples para determinar a força do objeto em queda é usar a conservação de energia como ponto de partida.
    Antecedentes: A Conservação de Energia

    A conservação de energia é um conceito fundamental na física. A energia não é criada ou destruída, apenas transformada de uma forma para outra. Quando você usa a energia do seu corpo (e, finalmente, a comida que ingeriu) para pegar uma bola do chão, está transferindo essa energia para a energia potencial gravitacional; quando você a libera, a mesma energia se torna energia cinética (em movimento). Quando a bola bate no chão, a energia é liberada como som, e alguns também podem fazer com que a bola retorne. Esse conceito é crucial quando você precisa calcular a energia e a força dos objetos em queda.
    A energia no ponto de impacto

    A conservação de energia facilita o trabalho de quanta energia cinética um objeto possui pouco antes da ponto de impacto. Toda a energia provém do potencial gravitacional antes de cair; portanto, a fórmula para a energia potencial gravitacional fornece todas as informações necessárias. É:

    E \u003d mgh

    Na equação, m é a massa do objeto, E é a energia, g é a aceleração devido à constante de gravidade (9,81 ms - 2 ou 9,81 metros por segundo ao quadrado), e h é a altura em que o objeto cai. Você pode resolver isso com facilidade para qualquer objeto que caia, desde que saiba o tamanho e a altura da queda.
    O Princípio da Energia do Trabalho

    O princípio da energia do trabalho é a última peça do quebra-cabeça quando você está trabalhando com a força do objeto em queda. Este princípio afirma que:

    Força de impacto média × Distância percorrida \u003d Mudança na energia cinética

    Esse problema precisa da força de impacto média, portanto, reorganizar a equação fornece:

    Impacto médio force \u003d Mudança na energia cinética ÷ Distância percorrida

    A distância percorrida é a única informação remanescente, e essa é simplesmente a distância que o objeto percorre antes de parar. Se penetrar no solo, a força de impacto média é menor. Às vezes, isso é chamado de "distância lenta da deformação", e você pode usá-lo quando o objeto se deforma e para, mesmo que não penetre no solo.

    Chamando a distância percorrida após o impacto d, e observando que a mudança na energia cinética é igual à energia potencial gravitacional, a fórmula completa pode ser expressa como:

    Força média do impacto \u003d mgh ÷ d
    Concluindo o cálculo

    A parte mais difícil de resolver quando você calcula forças de objetos em queda é a distância percorrida. Você pode calcular isso para obter uma resposta, mas há algumas situações em que você pode montar uma figura mais firme. Se o objeto se deforma quando causa impacto - um pedaço de fruta que esmaga ao atingir o chão, por exemplo - o comprimento da parte do objeto que se deforma pode ser usado como distância.

    Um carro que cai outro exemplo, porque a frente se dobra com o impacto. Supondo que ele se amasse em 50 centímetros, que é de 0,5 metros, a massa do carro é de 2.000 kg e cai de uma altura de 10 metros, o exemplo a seguir mostra como concluir o cálculo. Lembrando que a força de impacto média \u003d mgh ÷ d, você coloca os exemplos de figuras:

    Força de impacto média \u003d (2000 kg × 9,81 ms - 2 × 10 m) ÷ 0,5 m \u003d 392.400 N \u003d 392,4 kN

    Onde N é o símbolo de um Newtons (a unidade de força) e kN significa quilo-Newtons ou milhares de Newtons.


    Dicas

  • Saltando Objetos

    A determinação da força de impacto quando o objeto salta depois é muito mais difícil. A força é igual à taxa de mudança de momento; portanto, para isso, é necessário conhecer o momento do objeto antes e depois do salto. Ao calcular a mudança no momento entre a queda e o salto e dividir o resultado pela quantidade de tempo entre esses dois pontos, você pode obter uma estimativa da força de impacto.


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