Cómo calcular la fuerza de impacto

Durante un impacto, la energía de un objeto en movimiento se convierte en trabajo, y la fuerza juega un papel importante. Para crear una ecuación para la fuerza de cualquier impacto, puedes igualar las ecuaciones de energía y trabajo y a partir de ahí, calcular la fuerza de un impacto es relativamente fácil.

Impacto y energía

La energía se define como la capacidad de hacer trabajo y durante un impacto eso es exactamente lo que ocurre con la energía de un objeto, se convierte en trabajo. La energía de un objeto en movimiento se llama energía cinética, y es igual a la mitad de la masa del objeto multiplicada por el cuadrado de su velocidad: KE = 0.5 × m × v ^ 2. Al pensar en la fuerza de impacto de un objeto que cae, puedes calcular la energía del objeto en su punto de impacto si conoces la altura desde la que se dejó caer. Este tipo de energía se conoce como energía potencial gravitacional y es igual a la masa del objeto multiplicada por la altura desde la que se dejó caer y la aceleración debida a la gravedad: PE = m × g × h.

Impacto y trabajo

El trabajo ocurre cuando se aplica una fuerza para mover un objeto una cierta distancia. Por lo tanto, el trabajo es igual a la fuerza multiplicada por la distancia: W = F × d. Debido a que la fuerza es un componente del trabajo y un impacto es la conversión de energía en trabajo, puedes usar las ecuaciones de energía y trabajo para resolver la fuerza de un impacto. La distancia recorrida cuando el trabajo se realiza por un impacto se llama distancia de detención o de parada técnica. Es la distancia recorrida por el objeto en movimiento después de que ha ocurrido el impacto.

Impacto de un objeto que cae

Supón que deseas conocer la fuerza de impacto de una roca con una masa de un kilogramo que cae desde una altura de dos metros y se incrusta a dos centímetros de profundidad dentro de un juguete de plástico. El primer paso es igualar las ecuaciones para la energía potencial gravitacional y trabajo y despejar la fuerza. W = PE es F × d = m × g × h, entonces F = (m × g × h) ÷ d. El segundo y último paso es conectar los valores del problema a la ecuación de fuerza. Recuerda usar metros, no centímetros, para todas las distancias. La distancia de parada de dos centímetros debe expresarse como dos centésimas de metro. Además, la aceleración debida a la gravedad en la Tierra siempre es de 9.8 metros por segundo por segundo. La fuerza de impacto de la roca será: (1 kg × 9.8 m / s ^ 2 × 2 m) ÷ 0.02 m = 980 Newtons.

Impacto de un objeto en movimiento horizontal

Ahora supón que quieres conocer la fuerza de impacto de un automóvil de 2.200 kilogramos que viaja a 20 metros por segundo que se estrella contra una pared durante una prueba de seguridad. La distancia de parada en este ejemplo es la zona de deformación del automóvil, o la distancia por la cual el automóvil se acorta con el impacto. Supongamos que el automóvil está lo suficientemente aplastado como para ser tres cuartos de metro más corto de lo que era antes del impacto. Nuevamente, el primer paso es igualar la energía, esta vez energía cinética, al trabajo y despejar. W = KE es F × d = 0.5 × m × v ^ 2, entonces F = (0.5 × m × v ^ 2) ÷ d. El paso final es insertar los valores del problema en la ecuación de fuerza: (0.5 × 2,200 kilogramos × (20 metros / segundo) ^ 2) ÷ 0.75 metros = 586,667 Newtons.

Fuente: Sciencing