お皿が落ちた時の衝撃は何G？

　物理はド素人です。その私に表題のような事を調べなくてはいけない事情ができてしまいました。
　まず、
　1.　皿の落ちた衝撃を何Gで表せるのでしょうか？

　2.　1Ｇって例えばどれぐらいの力なのでしょうか？
　　　（りんごが１Ｍから落ちたぐらいとか、具体的な感じで教えていただけるとありがたい。）

　3.　約３０ＣＭから500ｇぐらいのお皿を落としたらどれぐらいの衝撃（力）がかかるのですか？
　　（計算の仕方は？出来るだけ簡単に）
　
　　　　という事で、お願いします。

No.5 ベストアンサー 回答者： ruehas 回答日時： 2003/11/09 21:34

こんにちは。

お皿が床に落ちたときの衝撃が計算できれば良いのでしょうか？
地球の重力1Ｇは、重力加速度「ｇ＝９．８ｍ／ｓ＾２」で表されます。これは加速度ですから、衝撃力やエネルギーとは違います。
地球表面では、リンゴはの落ちる速さは重さに関係なく１秒間に秒速９．８ｍづつ速くなります。ですから、枝から離れたリンゴの落ちる速度は１秒後には秒速９．８ｍになり、２秒後には倍の秒速１９．６ ｍに達します。この運動に落ちる物体の重さが加われば、力やエネルギーに換算することができます。

＞3.　約３０ＣＭから500ｇぐらいのお皿を落としたらどれぐらいの衝撃（力）がかかるのですか？

この場合、お皿の衝撃は、お皿を３０ｃｍの高さまで持ち上げるためのエネルギーと同じで良いと思います。位置エネルギーの計算式は、

「位置エネルギーＵ＝質量ｍ（ｋｇ）×重力加速度ｇ（ｍ/ｓ＾２）×高さｈ（ｍ）」

ですから、
０．３ｍの高さにある０．５ｋｇのお皿の持つ位置エネルギーは上記の計算により

「Ｕ＝１．４７Ｎ（ニュートン）」

となります。
そして、このお皿が床面に落ちたときの速度は、

「速度Ｖ＝ｇ×√（２ｈ／ｇ）」

によって計算できます。各値を入れると、お皿が床に衝突するときの速度は、約「秒速２．４２５ｍ」となります。
この速度で運動するお皿の運動エネルギーは、

「運動エネルギーＥ＝質量ｍ（ｋｇ）×速度Ｖ＾２（ｍ/ｓ）／２」

ですので、
お皿が床面に衝突したときに解放されるエネルギーは

「Ｅ＝１．４７Ｎ」

となり、上記の値と一致します。

ということになると思うのですが、すみません、私はイマイチ他の回答者の皆さん方にのやり取りが理解でてきいません。もしかして、こういう質問ではないのですか？

この回答へのお礼

ありがとうございます。
何とかレポートする事ができました。
回りも文系ぞろいで、それらしい事を言ったら
納得した様なふりをしてくれました。何とかなりました。

お礼日時：2003/11/14 16:04

No.6 回答者： neKo_deux 回答日時： 2003/11/10 11:29

衝撃の大きさをどうやって定義するかって事によると思います。

あちこち見たけど難しいようです。
ゲームセンターのパンチングマシンなんかだと、単位はkgって出ますね。

Ｇというと、飛行機とかジェットコースターとかで扱われる単位ですが、同じ４Ｇのジェットコースターに乗っていても、
・80kgの人が受ける衝撃
・50kgの人が受ける衝撃
・80kgの人が乗っている椅子が受ける衝撃
・50kgの人が乗っている椅子が受ける衝撃

が全て４Ｇというわけではありません。

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実際の衝撃の計測は、

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な感じのグラフ(単位面積あたりに受けた加重)の単位時間の面積の最大値とか、瞬間的な最大値とかで測定していたと思います。

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> りんごが１Ｍから落ちたぐらいとか、

> 約３０ＣＭから500ｇぐらいのお皿を落としたら

りんごの重さを250gとすると、お皿の方は２×0.3＝0.6倍の衝撃と計算できますが、お皿の形を考慮しない(湯のみ茶碗？)場合ですね。角が当たった場合、面が当たった場合でかなり違ってきます。

No.4 回答者： aya_princess 回答日時： 2003/11/09 18:42

教えてgoo!では、

間違った情報がたくさん流れていますが、
仕方がないかとは思います。

実際私もたくさん回答して頂いて助かっているところも大いにありますから。


質問１
結論から言えば、何Gなのかを正確に計測するのは不可能です。（一般環境下で。）
当てるもの（皿）、当てられるものの材質、
跳ね返りに要する時間（衝突している間の短い時間）
、その他の要因によって決まります。
また、さらのどの位置かによっても何Gなのかは異なります。

ただし、試験機を作り、あるポイントだけを計測することは出来ます。

また、試験機を作り、「何G」と指定した加速度を
作り出すことも出来ます。


質問２
あなたが、止まった状態から１秒間で10m/s
の速さまで何かに加速させられたら
その時、１Gに近い加速を感じると思います。



基本的に、１Gは人間にとってかなり大きな加速に感じます。0.5Gでもかなり大きく感じます。

ちなみに加速度は移動の具合であって、力ではありません。


東京大震災での最大加速度が0.3G、
阪神大震災では0.6Gとのデータもあります。
世の中の建物や機械類はそのデータを参考にして
設計されることも多いです。


質問3
上の方でも言いましたが、なかなか計測できるものではありません。
計測器をつけてちゃんとした試験をすれば何とか
近い値を知ることは出来ますが。

加速度を測定する加速度センサなどが世の中にはあります。

理論的に求めることは出来ますが、
いろんな「仮定」のもとによるものです。
計算して出すことはもちろん出来ますが、
あくまでもある仮定のもとにおいて、という条件がつきます。


加速度は、世の中にある特殊なものを設計し作るに当たって、
とても困難で厄介な問題です。
さまざまな研究機関で扱われています。
1000Gを作り出して実験して実物に応用した試験なども
あります。

No.3 回答者： sanori 回答日時： 2003/11/09 15:29

落ちる皿の質量は、基本的に無関係です。

計算するときに必要なのは、

・皿を落とし始めた高さは何ｍか？　→Ａメートルとおく
・皿の端が床に触れ始めてから静止あるいは破壊するまでの時間は何秒か？　→Ｂ秒とおく

です。

Ａメートルの高さから落としたとき、床に達した瞬間の速度は√（Ａ×Ｇ）です。

これをＢで割り算し、さらにＧで割り算すればよいです。

すなわち１÷Ｂ×√（Ａ÷Ｇ）です。

この計算は、床への触れ始め～静止（または破壊）までの加速度を一定という過程に基づきますから、厳密には正しくありませんが、まあ概算だけするのであれば、十分な計算と言えるでしょう。

ただ、時間Ｂは、床の硬さ、弾力性等によって変わるので要注意です。
いちばんわかりやすいＢの実測方法は、高速カメラで衝突の瞬間を撮影し、それを、ある時間刻みでスローモーション再生することです。だけど、一般家庭では、これは無理ですよね。そこまでやらなくても、上記の手法だけ提示すれば、先生（？）には怒られなくて済むのではないでしょうか？

No.2 回答者： tds2a 回答日時： 2003/11/09 15:01

１Ｇ　＝　１平方cm　約１ｋｇ（標準大気圧）の負荷と解釈して実験してください、

皿といっても、その形状や落下するときの状態で空気抵抗も異なるので質問としては漠然的です。

No.1 回答者： bb615 回答日時： 2003/11/09 14:55

地球上の自然落下ならみんな加速度は１Ｇではないでしょうか、違ってたらごめんなさい。