Le calcul de la force dans un large éventail de situations est crucial pour la physique. La plupart du temps, la deuxième loi de Newton (F \u003d ma) est tout ce dont vous avez besoin, mais cette approche de base n'est pas toujours le moyen le plus direct de résoudre chaque problème. Lorsque vous calculez la force pour un objet qui tombe, il y a quelques facteurs supplémentaires à considérer, notamment la hauteur à laquelle l'objet tombe et la vitesse à laquelle il s'arrête. Dans la pratique, la méthode la plus simple pour déterminer la force d'un objet qui tombe est d'utiliser la conservation de l'énergie comme point de départ.
Contexte: La conservation de l'énergie

La conservation de l'énergie est un concept fondamental en physique. L'énergie n'est pas créée ou détruite, juste transformée d'une forme à une autre. Lorsque vous utilisez l'énergie de votre corps (et, finalement, la nourriture que vous avez mangée) pour ramasser une balle au sol, vous transférez cette énergie en énergie potentielle gravitationnelle; lorsque vous la relâchez, cette même énergie devient une énergie cinétique (en mouvement). Lorsque le ballon touche le sol, l'énergie est libérée sous forme de son, et certains peuvent également faire rebondir le ballon. Ce concept est crucial lorsque vous devez calculer l'énergie et la force d'un objet qui tombe.
L'énergie au point d'impact

La conservation de l'énergie facilite la détermination de la quantité d'énergie cinétique d'un objet juste avant la point d'impact. L'énergie provient tous du potentiel gravitationnel qu'elle avait avant de tomber, donc la formule de l'énergie potentielle gravitationnelle vous donne toutes les informations dont vous avez besoin. C'est:

E \u003d mgh

Dans l'équation, m est la masse de l'objet, E est l'énergie, g est l'accélération due à la constante de gravité (9,81 ms ^{- 2 ou 9,81 mètres par seconde au carré), et h est la hauteur à partir de laquelle l'objet tombe. Vous pouvez résoudre ce problème facilement pour tout objet qui tombe aussi longtemps que vous savez sa taille et sa hauteur.
Le principe de l'énergie de travail}

Le principe de l'énergie de travail est la dernière pièce du puzzle lorsque vous travaillez sur la force d'objet qui tombe. Ce principe stipule que:

Force d'impact moyenne × Distance parcourue \u003d Changement d'énergie cinétique

Ce problème nécessite la force d'impact moyenne, donc le réarrangement de l'équation donne:

Impact moyen force \u003d Changement d'énergie cinétique ÷ Distance parcourue

La distance parcourue est la seule information restante, et c'est simplement la distance parcourue par l'objet avant de s'arrêter. S'il pénètre dans le sol, la force d'impact moyenne est plus faible. Parfois, cela s'appelle la «distance de ralentissement de la déformation», et vous pouvez l'utiliser lorsque l'objet se déforme et s'arrête, même s'il ne pénètre pas dans le sol.

Appel de la distance parcourue après l'impact d, et en notant que le changement d'énergie cinétique est le même que l'énergie potentielle gravitationnelle, la formule complète peut être exprimée comme:

Force d'impact moyenne \u003d mgh ÷ d
Fin du calcul

La partie la plus difficile à déterminer lorsque vous calculez les forces de chute d'objets est la distance parcourue. Vous pouvez estimer cela pour trouver une réponse, mais dans certaines situations, vous pouvez rassembler un chiffre plus ferme. Si l'objet se déforme au moment de l'impact - un fruit qui s'écrase en heurtant le sol, par exemple - la longueur de la partie de l'objet qui se déforme peut être utilisée comme distance.

Une voiture qui tombe est un autre exemple parce que l'avant s'effondre sous l'impact. En supposant qu'elle se froisse en 50 centimètres, soit 0,5 mètre, la masse de la voiture est de 2000 kg et qu'elle est tombée d'une hauteur de 10 mètres, l'exemple suivant montre comment terminer le calcul. En vous rappelant que la force d'impact moyenne \u003d mgh ÷ d, vous mettez les exemples de chiffres en place:

Force d'impact moyenne \u003d (2000 kg × 9,81 ms ^{- 2 × 10 m) ÷ 0,5 m \u003d 392 400 N \u003d 392,4 kN}

Où N est le symbole d'un newton (l'unité de force) et kN signifie kilo-newton ou milliers de newton.

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