Durante um impacto, a energia de um objeto em movimento é convertida em trabalho e a força desempenha um papel importante. Para criar uma equação para a força de qualquer impacto, você pode definir as equações para energia e trabalho iguais entre si e resolver a força. A partir daí, calcular a força de um impacto é relativamente fácil.

TL; DR (muito longo; não leu)

Para calcular a força do impacto, divida a energia cinética pela distância. F = (0.5 * m * v ^ 2)
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Impacto e Energia

Energia é definida como a capacidade de realizar trabalho. Durante um impacto, a energia de um objeto é convertida em trabalho. A energia de um objeto em movimento é chamada de energia cinética, e é igual a metade da massa do objeto vezes o quadrado de sua velocidade: KE = 0.5 × m × v ^ 2. Ao pensar sobre a força de impacto de um objeto em queda, você pode calcular a energia do objeto em seu ponto de impacto se souber a altura a partir da qual ele foi descartado. Este tipo de energia é conhecido como energia potencial gravitacional e é igual à massa do objeto multiplicada pela altura a partir da qual foi lançada e pela aceleração devida à gravidade: PE = m × g × h.

Impacto e Trabalho

O trabalho ocorre quando uma força é aplicada para mover um objeto a uma certa distância. Portanto, o trabalho é igual a força multiplicada pela distância: W = F × d. Porque a força é um componente do trabalho e um impacto é a conversão de energia em trabalho, você pode usar as equações de energia e trabalhar para resolver a força de um impacto. A distância percorrida quando o trabalho é realizado por um impacto é chamado de distância de parada. É a distância percorrida pelo objeto em movimento após o impacto ter ocorrido.

Impacto de um objeto em queda

Suponha que você queira saber a força de impacto de uma rocha com uma massa de um quilograma que cai de uma altura de dois metros e se encaixa dois centímetros de profundidade dentro de um brinquedo de plástico. O primeiro passo é definir as equações para energia potencial gravitacional e trabalhar de forma igual entre si e resolver a força. W = PE é F × d = m × g × h, então F = (m × g × h) ÷ d. O segundo e último passo é ligar os valores do problema na equação da força. Lembre-se de usar medidores, não centímetros, para todas as distâncias. A distância de parada de dois centímetros deve ser expressa em dois centésimos de metro. Além disso, a aceleração da gravidade na Terra é sempre de 9,8 metros por segundo por segundo. A força de impacto da rocha será: (1 kg × 9,8 m /s ^ 2 × 2 m) ÷ 0,02 m = 980 Newtons.

Impacto de um objeto em movimento horizontal

Agora Suponha que você queira conhecer a força de impacto de um carro de 2.200 kg viajando a 20 metros por segundo que colide com uma parede durante um teste de segurança. A distância de parada neste exemplo é a zona de deformação do carro, ou a distância pela qual o carro encurta no impacto. Suponha que o carro esteja esmagado o suficiente para ser três quartos de metro mais baixo do que era antes do impacto. Novamente, o primeiro passo é estabelecer as equações de energia - desta vez energia cinética - e trabalhar de forma igual entre si e resolver a força. W = KE é F × d = 0,5 × m × v ^ 2, então F = (0,5 × m × v ^ 2) d. O passo final é ligar os valores do problema na equação da força: (0.5 × 2.200 kg × (20 metros /segundo) ^ 2) ÷ 0.75 metros = 586.667 Newtons.