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

11 comentarios

  1. JAVIER

    Hola quisiera saber que impacto recibe una persona por un cable de 25 metros de largo y 65 kg de peso que esta suspendido a 10 metros de altura (15 metros están en el suelo y la punta del cable en una torreta a 10 mts)y el golpe se recibe semiflexionado es decir a 1mt de altura
    les cuento el caso para que se hagan una idea de lo que quiero explicar .hay un operario trabajando debajo de una torreta de luz de 10 mts de altura con un cable que tiene 25 mts de largo pero la mayor parte de el va por el suelo y la punta esta amarrada a la torreta de luz(10 mts)en un momento dado el cable se suelta y golpea al operario en el cuello cuando este estaba semiflexionado pongamos que el impacto lo recibe a 1mt de altura(el mide 1,70)me gustaría saber cuantos kg ha recibido su cuello ,Y LA FORMULA CON LA QUE SE OBTIENE EL RESULTADO,GRACIAS

  2. Julio

    Cual seria el impacto si una persona es atropellada por una bicicleta a 25 Km por hora con un ciclista de 80 kilos.

  3. Buenos días, soy técnico petrolero uso una herramienta llamada martillo técnico nosotros por medio de un cable de acero bajamos unas barras x gravedad (peso), cuando enganchamos alguna herramienta usamos unos martillos hidráulicos que son tubos de 1.5 , 1,75 , 2,125 pulgadas de diámetro que tienen unos pistones dentro y están cargados de aceite hidráulico nosotros halamos el cable hacia arriba las herramientas suben (peso) y mantenemos estirado el cable a cierta tensión , dentro del martillo el pistón deja pasar el aceite q esta comprimido dentro y por arriba del pistón cuando llega a una distancia el pistón pasa a un espacio mas ancho que deja pasar el aceite hacia abajo con facilidad dando esto como resultado una aceleración brusca y esto genera un impacto llevo días investigando alguna formula que pueda aplicar para calcular la fuerza del impacto ascendente . RESUMIDO TENGO PESO POR ENCIMA , MZARTILLO QUE ES DONDE SE GENERA LA ACCION , TENSION APLICADA AL PESO QUE ES LA TENSION APLICADA AL CABLE DESDE SUPERFICIE Y SE PUEDE MEDIR CON UN REGISTRADOR DE TENSION, DONDE SE GENERA LA ACCION EL RECORRIDO ES DE 13 PULGADAS , EL TIEMPO DONDE ACELERA 1 SEGUNDO .

  4. Buen día, probablemente te sea de utilidad lo siguiente… La fuerza de impacto en caída libre se podría calcular como:

    FI = m*a*d
    Donde:
    m= masa (Expresado en kilos)
    a = 9.81 kgm/s2 (La aceleración representada como una constante del valor de la Gravedad)
    d = Distancia total de caída (Desde el punto de caída hasta el punto de detención)

    Saludos.

  5. Elias

    alguien me puede ayudar con mi consulta:
    necesito saber la fuerza de impacto de un objeto que pesa 1.91 Kg. y que cae al suelo de una altura de .75 m, la fuerza de impacto es de?

  6. Eduardo

    Excelente explicación, solo sugiero se revise el resultado del ejemplo del coche, el resultado no es 586.6 Newton, sino 586.6 KiloNewton (kN)

  7. alfonso moriones

    como claculo la energia de impato de una persona que pesa 85 gramos y cae de una altura de 18 metros

  8. Pilar

    Buenos días, una pregunta, la fuerza de impacto que recibe el vehículo, cómo se traduce en sus ocupantes? Es la misma? Varía si está ubicado en el asiento trasero? Muchas gracias

    • Buenos días. La fuerza de impacto que recibe el vehículo no se traduce de la misma manera a sus ocupantes. Diversos factores influyen en cómo se distribuye y transmite la fuerza, incluyendo:

      Sistema de retención de ocupantes: Los cinturones de seguridad y airbags juegan un papel crucial en la distribución y reducción de la fuerza de impacto. El cinturón de seguridad distribuye la fuerza a través del tórax y la pelvis, mientras que los airbags amortiguan el impacto en la cabeza y el pecho.

      Posición del ocupante: La ubicación del ocupante en el vehículo afecta la forma en que experimenta la fuerza de impacto. Los ocupantes en los asientos delanteros generalmente están más cerca del punto de impacto, lo que puede resultar en una mayor fuerza inicial. Sin embargo, los sistemas de retención de ocupantes modernos están diseñados para adaptarse a diferentes posiciones y minimizar la diferencia en la fuerza experimentada.

      Características del vehículo: La estructura y características de seguridad del vehículo también influyen en la distribución de la fuerza. Los vehículos con zonas de deformación controladas y materiales resistentes pueden absorber y distribuir mejor la energía del impacto, reduciendo la fuerza transmitida a los ocupantes.

      Condiciones del accidente: La severidad y tipo de accidente también influyen en la fuerza de impacto que experimentan los ocupantes. Un impacto frontal a alta velocidad generará una fuerza significativamente mayor que una colisión lateral a baja velocidad.

      Un saludo.

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