１トンの物体が壁に衝突したら？

今回仕事の関係でどうしてもわからないことがあるのですが、
勉強不足で計算を解くことができません。
くわしい方がおられましたら是非教えていただきたいのですが。よろしくお願いします。

質問内容：
１トン（１０００ｋｇ）の物体がコンベア搬送で低速３００ｍｍ／sec
で流れています。この物体が壁（ストッパー）にぶつかった時にかかる力は？（摩擦やその他を考慮せず、簡単な計算でもいいので。。。）

このようなたぐいの計算の仕方がのっているホームページなどが
ありましたらどなたか教えていただけないでしょうか？
どうぞよろしくお願いします。

No.6 ベストアンサー 回答者： myeyesonly 回答日時： 2007/08/01 15:58

ちょっと思いついた事がありますので来ました。

m(__)m

重たいものが動いてきて物にぶつかって完全に静止する例で有名な物があります。
船が港で接岸する時です。
この時はタグボートで押したり引いたりして可能な限り減速しますが、接岸する時は本当にイライラする程ゆっくり接岸します。
一万トンクラスの船だと残り数メートルを５分位かけます。
１０万トンクラスだとそれでも岸壁か船体が破壊するそうです。
岸壁にタイヤが並んでるのは、その時の衝撃をタイヤの圧縮距離で分散させる為です。

このようにぶつかって静止するまでにかかる力というのは、重たい物程大きくなりますので、力が作用する時間を長くして一瞬にかかる力を時間で分散させる事で壊れないようにします。

そのため、工場などあらゆる分野でのストッパーでは可動範囲が必ず設けられています。
衝撃吸収帯などと言う事もあります。
でもただ動いたのではダメですから、動くときに大きな摩擦力や、ゴムやバネを使用したり、あるいは構造を壊す事で時間と移動距離を稼ぎます。

電車の終点の駅のホームの突き当りには１～２本の長い棒が突き出てるのを見たことありますか？
あれは中に強力なバネとダンパという仕掛けがあって、電車がぶつかってきてもホーム端に乗り上げないようにあの距離を力をかけ続けて止めるしかけですが、電車が６０キロ以上のスピードだとそれでも能力を超えてしまって、実際に駅を突き破った事故があります。

また、自動車は衝突した場合、フロントの構造を破壊する事で、時間と距離を稼ぎ中の人を少しでも安全にする工夫がされています。

なのでストッパーなどを設ける時は必ずこういう構造をつけないと意味をなしません。

この回答へのお礼

なるほど納得の説明ありがとうございます。
船、電車、車など日常で目にするものにも
うまくこのメカニズムが利用されているんですね。
とても参考になりました。
また、いろいろ教えていただければ幸いです。

お礼日時：2007/08/03 12:46

No.5 回答者： NAZ0001 回答日時： 2007/08/01 12:06

双方が完全鋼体なら、衝突時の力は無限大です(0距離0時間で静止するため)。

実際にはありえないので、実際にありえるパラメーターが必要です。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
僕が想像していた以上に衝撃力は
簡単にはでないんですね。勉強になります。

お礼日時：2007/08/03 12:27

No.4 回答者： Scull 回答日時： 2007/08/01 09:33

まず、この物体の持っている「運動エネルギー」は、質量×速度の自乗で求められます。

この場合、
1000(kg)×0.3(m/s)×0.3(m/s)で、90J(kg×m^2/s^2)になります。

ストッパーで重要なのは「ストローク（減速する距離）」とその作動時間。ストッパーがどれだけの時間で、どれぐらい動くかによって「衝撃」が求められます。減速時間が0に近ければ（つまり壁が固いほど）衝撃は増える訳です。
これを長く動かして、ゆっくり減速させてあげれば、90Jという「仕事」が分散されるのでストッパーは長持ちする訳ですね。

この回答へのお礼

みなさん大変分かりやすい説明でよく理解できます。
ストローク・作動時間を十分考慮して考えないとまずいですね。
アドバイス通り、できるだけ長く、ゆっくり減速。
参考になりました。
また、補足でありましたら教えていただけないでしょうか。
ありがとうございます。

お礼日時：2007/08/01 13:02

No.3 回答者： tetsumyi 回答日時： 2007/08/01 08:13

1トンもの物体が低速であっても硬い壁に繰り返してぶつかると壁を破壊ほどの衝撃となります。

考え方を逆にして衝撃をどれだけに抑えたいのでいくつのストロークを持ったダンパーを使うべきかを計算したほうが良いのではないでしょうか。

この回答へのお礼

たくさんの回答をいただけてほんとに助かります。
適切なアドバイスありがとうございます。
やはりそのままストッパーで受け止めるのは危険ですね。
考え方自体を変えてみたいと思います。
ありがとうございます。

お礼日時：2007/08/01 12:59

No.2 回答者： myeyesonly 回答日時： 2007/08/01 06:38

こんにちは。

この問題は、撃力といって、ぶつかった瞬間から完全に静止する（もしくは接触してる状態から離れる）までの時間が与えられないと解くことが出来ません。
短い時間で静止する（離れる）程大きな力になります。

たとえばガラスのコップを床に落とした時、コンクリートの床だと割れてもじゅうたんが敷いてあると割れにくいですね。
これは静止するまでの時間の大きな違いがあり、一瞬で全ての運動エネルギーが力となって作用するコンクリートの方が大きな力がかかるからです。

この回答へのお礼

ガラスの例えは大変にイメージとして参考になりました。
撃力は完全に静止する時間が無いと解けないんですね。
このような１トンもの物体が
ダンパーなどなしで硬いストッパに当たれば大変な力になって
しまいますね。
大変勉強になります。
ありがとうございました。
まだまだいろいろな予備知識があればどしどしお願いします。

お礼日時：2007/08/01 12:57

No.1 回答者： smallmountain 回答日時： 2007/08/01 06:36

http://www.nc-net.or.jp/morilog/m23459.html

素人には全くわからないレベルですが、式はこうなってるようです

この回答へのお礼

朝一で回答頂きましてありがとうございます。
参考に見させていただきました。
また、なにかよいホームページ等ありましたら
よろしくお願いします。

お礼日時：2007/08/01 12:52