Совет 1: Как определить среднюю силу

Средняя сила – это условная величина. В случаях, когда сила, действующая на тело, меняется со временем или действие силы очень мало, то определить величину силы в каждый момент времени не представляется возможным. Поэтому в данных случаях принимают допущение, что за определенное время на тело действовала постоянная сила равная средней и рассчитывают именно ее - Fср.
Вам понадобится
  • умение интегрировать
Инструкция
1
Пусть тело под действием некой силы F изменило свою скорость с V1 до V2 за короткий промежуток времени Δt. Ускорение данного тела будет равно a=(V2-V1)/Δt, где а, V1 и V2 – являются векторными величинами.
2
Подставьте данное выражение в формулу второго закона Ньютона: F=ma=m(V2-V1)/Δt=(mV2-mV1)/Δt, не забывая, что сила F – тоже векторная величина.
3
Запишите полученную формулу в несколько ином виде: FΔt=mΔV =Δp. Векторную величину FΔt, равную произведению силы на время ее воздействия, называют импульсом силы и измеряют в ньютонах умноженных на секунду (Н•с). А произведение массы тела на его скорость p=mV – импульсом тела или количеством движения тела. Эту векторную величину измеряют в килограммах, умноженных на метр в секунду (кг•м/с).
4
Т.о. второй закон Ньютона можно сформулировать иначе: импульс силы, действующей на тело равен изменению импульса тела: FΔt=Δp.
5
Если время воздействия силы было очень мало, например, во время удара, то среднюю силу находят так: Fср=Δp/Δt=m(V2-V1)/Δt.Пример: Мяч массой 0,26кг летел со скоростью 10м/с. После удара волейболиста, мяч увеличил скорость до 20м/с. Время удара – 0,005с. Средняя сила воздействия руки волейболиста на мяч равна в данном случае Fср=0,26•(20-10)/0,005с=520Н.
6
Если сила, действующая на тело, не постоянна, а меняется со временем по закону F(t), то путем интегрирования функции F(t) по времени t на промежутке от 0 до T найдите изменение импульса тела: dр=F(t)dt.
7
И по формуле Fср=dp/dt определите значение средней силы.Пример: Сила меняется со временем по линейному закону F=30t+2. Найдите среднюю силу воздействия за 5с. Сначала вычисляем импульс тела p=∫(30t+2)dt=15t²+2t , а затем среднюю силу: Fср=(15t²+2t)/t=15t+2=15•5+2=77Н

Совет 2: Как определить силу удара

Часто случается так, что нужно измерить силу удара спортсмена на тренировках для установления каких-то рекордов или просто для отчета тренеру. Существует три метода определения данной величины.
Вам понадобится
  • - Мишень;
  • - акселерометр.
Инструкция
1
Используйте закон сохранения потенциальной и кинетической энергии. Он нам понадобится для измерения силы удара по мишени. Сначала закрепите на любой подвесе мишень с массой «m». Произведите удар и замерьте величину ее отклонения «h». Это можно сделать с помощью насечек на брусе, на который крепиться макивара. Сила удара будет равна значению формулы «mgh», где g - ускорение свободного падения. Данным методом вы может замерить энергию удара достаточно точно. Также этот способ очень действенный для установки для установления всевозможных рекордов. И там, как правило, макивара имеет электронный датчик, что дает еще большую точность.
2
Примените устройство с эффектом Доплера. В этом случае мишень крепиться так же, как и в предыдущем шаге. Сила удара здесь будет равняться скорости мишени, которая распространяет ультразвук. При грамотно выбранном подходе калибровка не требуется.
3
Измерьте энергию (силу) удара с помощью прецизионных трехосных или двухосных интегральных акселерометров. Результаты будут в этом случае достаточно точными. Главное достоинство данного метода состоит в том, что вы можете наносить удары в абсолютно любом направлении, за исключением ударов сверху. Хотя можно просто поменять конструкцию и измерить силу и таких ударов тоже.
4
Используйте в качестве измерителя силы удара интегральные акселерометры с цифровым выходом. Их преимущество в том, что они более чувствительны и вам уже не понадобится дополнительная калибровка. Если у акселометра аналоговый выход, то вам нужно включить еще величину ускорения свободного падения «g» для более точных данных силы удара. Предлагаемый метод измерения решает задачу достоверности об энергии удара спортсмена. Все это может помочь в оценке физической готовности атлета на данный момент.
Источники:
  • Определение силы удара

Совет 3: Как определить импульс тела

Импульс тела иначе называется количеством движения. Оно определяется произведением массы тела на его скорость. Также его можно найти через длительность действия силы на это тело. Физический смысл имеет не сам импульс, а его изменение.
Вам понадобится
  • — весы;
  • — спидометр или радар;
  • — динамометр;
  • — калькулятор.
Инструкция
1
Определите массу тела с помощью весов в килограммах. Измерьте его скорость. Сделайте это при помощи спидометра или специального радара в метрах в секунду. Вычислите импульс тела p как произведение его массы m на скорость v (p=m∙v). Например, если скорость тела равна 5 м/с, а его масса 2 кг, то импульс равен p=2∙5=10 кг∙м/с.
2
Важнее умение находить изменение импульса тела, поскольку импульс является характеристикой удара, при котором эта величина изменяется. Для того чтобы найти изменение импульса тела, отнимите от конечного импульса начальный, учитывая при этом, что величина это векторная. Таким образом, изменение импульса тел равно вектору Δp, который является разностью векторов p2 (конечного импульса) и p1 (начального импульса).
3
Если при движении тело не меняет направления, то для того, чтобы найти изменение импульса, отнимите от конечной скорости начальную и умножьте ее на массу тела. Например, если автомобиль, двигаясь прямолинейно, увеличил скорость с 20 до 25 м/с, а его масса равна 1200 кг, но изменение его импульса составит Δp=1200∙(25-20)=6000 кг∙м/с. Если скорость тела уменьшается, то изменение его импульса будет отрицательным.
4
Если тело меняет направление, ищите разность векторов p2 и p1, используя теорему косинусов или другие соотношения.
5
Пример. Мяч массой 500 г упруго ударил в гладкую стену под углом 60º к вертикали, а его скорость была при этом 3 м/с, найдите изменение его импульса. Поскольку удар упругий, то мяч отлетит от гладкой стены тоже под углом 60º, с той же по модулю скоростью, 3 м/с. Для того чтобы перевести разность в сумму, умножьте значение вектора p1 на -1. Получите, что Δp равно сумме векторов p2 и –p1. Применив правило треугольника, вычислите Δp=√((0,5∙3)²+ (0,5∙3)²-2∙(0,5∙3)∙(0,5∙3)∙cos(60º))=0,5∙3=1,5 кг∙м/с. Примечательно то, что модуль начального и конечного импульса в этом случае тоже по 1,5 кг∙м/с.
6
Если известна сила, действующая на тело, которая и является причиной изменения его скорости и длительность ее действия, то рассчитайте изменение импульса как произведение силы F на время ее действия Δt (Δp=F∙Δt). Силу измерьте при помощи динамометра. Например, если футболист ударил мяч с силой 400 Н, а время соударения равно 0,2 с, то изменение импульса мяча составит Δp=400∙0,2=8000 кг∙м/с.

Совет 4: Как найти силу удара

Сила удара, как и любая другая величина, подчиняется физическим законам и зависит от нескольких составляющих. Ознакомьтесь с методикой ее определения, востребованной начинающими спортсменами или просто любознательными людьми.
Вам понадобится
  • - мишень;
  • - динамометр (кик-тестер);
  • - электронный таймер;
  • - каучуковый мяч;
  • - рулетка;
  • - калькулятор.
Инструкция
1
Воспользуйтесь мишенью и определите силу вашего удара по ней, основываясь на законе сохранения потенциальной и кинетической энергии. Зафиксируйте на надежном подвесе макивару, обозначив ее массу «m». Нанесите удар по тренажеру и замерьте величину его отклонения «h», найдя значение с помощью отметок на брусе к которому крепится мишень.
2
Установите силу вашего удара «F» по формуле F = mgh, приняв за «g» - ускорение свободного падения. Помните, что подобный метод определяет энергию удара с достаточной точностью и является действенным инструментом для установления всевозможных рекордов.
3
Примените альтернативный вариант нахождения силы удара, воспользовавшись специальным динамометром, который называется кик-тестером. Прибор измеряет максимальную силу воздействия на предмет за короткий временной отрезок. Зафиксируйте датчик на обычной стене или другой твердой поверхности.
4
Произведите удар и узнайте его силу, получив искомую информацию на табло кик-тестера. Большинство приборов выдают результат в килограммах. Если вам необходимо перевести его в ньютоны, умножьте число на 9,81.
5
Измеряя силу упругого удара, возьмите электронный таймер и прикрепите его датчик к месту будущего контакта двух тел. Уменьшая влияние сторонних сил и рассеяние энергии на нагревание, используйте каучуковый мяч. Поднимите его на определенную в метрах высоту и, не прилагая усилий, сбросьте на датчик.
6
На экране прибора высветится время соударения. Находя скорость падения, умножьте высоту на 19,62 и, из полученного результата, извлеките квадратный корень. Определите в килограммах вес мяча. Полученное число умножьте на скорость и разделите на время, указанное на таймере в секундах. Перемножив результат на 2, вы вычислите искомую силу удара в ньютонах.
Видео по теме
Видео по теме
Обратите внимание
Сила является векторной величиной. Если в результате расчетов значение Fср получилось отрицательным, это значит, что вектор силы направлен в сторону, противоположную направлению координатной оси.
Полезный совет
Не забывайте при решении задач переводить все используемые в формулах величины в СИ. Т.е. массу – в килограммы, скорость – в метры, деленные на секунду, а силу – в ньютоны.
Источники:
  • Физика для углубленного изучения, Е.И. Бутиков, А.С. Кондратьев
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500
к
Honor 6X Premium
новая премиальная версия
узнать больше