A 回答 (9件)
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No.9
- 回答日時:
>単純に落ちた物に対し掛かる力(G)が知りたいのですが
#1です。だから単純には行かないと言っているのです。
ニュートンの法則では f=m・aですね。
aは加速度ですから近似的に a=△v/△t v:速度 となりますから f△t=mΔv となります。 右辺は速度ぶvのものが止まるまでの運動量で、一定値と看做していいですね。左辺は力積と言います。
この式でわかることは弾丸が止まるまでの時間が長いほど物体が受ける力が小さくなることです。つまり弾丸でも柔らかい布で受け止めれば貫通しないということで、これが防弾チョッキの原理です。
つまり当たった物体と当たる物体の固さが受ける力に影響して来るのですよ。
No.8
- 回答日時:
ABS樹脂ですか?
配合率や形状によりますが、ものずごく衝撃吸収しそうですね(主観的なイメージですが)
“力”が知りたいよう(勝手にそう認識してみましたが)なので
力積で問題を考えてみます
ぶつかった時に発生する“力”は
運動量(質量×速度)の変化÷衝突にかかった時間
です。
平方根の計算なんで小学生には難しいですが、
ぶつかる直前の速度は
√(2×g×0.6)
で、重力加速度9.8m/s2として
運動量=0.167×3.4=約0.57
これが衝突で完全に吸収されて跳ね返らなかったとして、
0.57→0kg・m/s2(キログラムメートル毎秒毎秒)なんで、変化量は0.57kg・m/s2
また、衝突にかかる時間は0.001秒くらいでしょうか(経験的にこんなもんかと思います。物理的根拠はありません)
なんで、“力”
は570N(ニュートン)
現実的にはカツーンってぶつかる音や、おそらくABSは変形するし跳ねるんで、この半分も無いと思いますが…
単位に関して、
kg・m/s2=N
Nは力の単位で、質量1キログラムの物体の重量は約9.8ニュートンです。
つまり、
570÷9.8=約58
で、58kgのものを一瞬乗せた重さって事です。あくまで計算上は。
実際には上記の諸々の事情で、まさに小学生が乗ってるのと同じ程度の力が働くと考えられます。
ちなみにこれは瞬間の“力”としての計算なんで、衝撃と考えた場合はまた別問題です
No.7
- 回答日時:
たびたびすみません。
<<回答ありがとう御座います。重さは関係ないのでしょうか?60cmの高さから167gの物質(ABS)が落ちた時、落ちた物に掛かる力?(G)がしりたいです。>>
ご存じだと思いますが、「G」はもともと重力加速度という意味からきたことばです。
物体の重さの「何倍か」を表す数字です。つまり、その物体の何倍の重さの力が掛かるか、ということを表す数字です。
ですから、167gのABSでも10kgのABSでも、60cmから落としたときのGはどちらも同じです。
ですが、力・衝撃力はちがいます。仮に10Gだったとしますと、
167gの物の衝撃力は 1.67kg
10kgの物は 100kg です。
コンクリートはABSにくらべて、へこみは0でしょうから、ABSのへこみをみつもって、計算されたらいいかと思います。
No.6
- 回答日時:
A3 です。
A4さんがきちんと式でお答えになっていますが、もう少し具体的に試算してみましょう。ABS樹脂のボールでしょうか。
それがコンクリートに落ちたとき、何cmへこむ・沈むかがわかれば、およその値が出ます。どの程度へこむかは 私には解りませんが、さきほど回答しましたように、
例 6cmへこんだならば
60/6=10 ですから 10G。 これは何kgの力かといいますと、167gの10倍、つまり1.67kgの力(1.67kgf とか1.67kgw、1.67kg重などと書きます)です。
0.6cmへこんだならば
60/0.6=100G つまり、16.7kgの力
などなどです。
これはあくまでも、目安です。
ですが、小学生にでも解るような・・・
とのことですので、これで、当たらずとも遠からず、と思ってください。
まとめ、
1:落下距離/静止距離 の数字が 何G をあらわす。
2:kg、トンなどで理解したいときは、その物体の重さ×Gの数 例、60kgの人が10Gの衝撃を受けた=600kgの衝撃力 という
以上の議論は、あくまでも およその計算です。物理学の専門の方からみれば、乱暴でおおざっぱすぎて話にならないといわれるかも知れません。
ですが、最近話題になったテレビの○○辞典(でしたっけ?) より信憑性はあるとは思います。
ご回答ありがとう御座います。少し理解出来ました。大変、助かりました。また、分からない事があったら助けて下さい。よろしくお願い致します。
No.5
- 回答日時:
こんばんは。
#2さんが引用されている過去質問に2度回答していた者です。(笑)
加重を求めるには、ご質問文で挙げられたこと以外に、
最低限、
・物体やコンクリートの凹み
あるいは
・衝突が開始してから終了するまでの時間
といった情報を付け加える必要があり、
さらには、
・物体が少々弾むのであれば、その運動エネルギーを衝撃エネルギーから引き算
・物体やコンクリートが破損ないしは破壊される場合は、そのエネルギーを引き算
(他にもあるかもしれませんが)
の情報も必要です。
しかし、
小学生にも分かるような説明が必要なのですよね?
私であれば、「加重は何G?」という路線はあきらめて、「衝撃で発生する熱量は何kcal?」にしちゃいます。
(破壊のエネルギーも含むものとする)
以下、勝手ながら暴走しちゃいます。
高さh=0.6メートル、質量m=0.167キログラム、なので、
位置エネルギーは、
mgh=0.6×9.8×0.167=0.98ジュール
これが全部熱エネルギーに変わるとして、
1cal=4.2ジュール なので、
熱量=0.98/4.2 = 0.23cal=0.00023kcal
小学生の食事が仮に1食当たり 500kcal だとして、
500÷0.00023≒2100
つまり、落下のエネルギーは、1食のカロリー数の2100分の1ぐらいしかない。
物体の質量を2倍、3倍・・・にすれば、熱量も2倍、3倍・・・。
高さを2倍、3倍・・・にすれば、熱量も2倍、3倍・・・。
・・・・・というような話にすれば、小学生でも興味を持つかも?
No.4
- 回答日時:
重力加速度gの中を、高さhの場所から自由落下して床に到達するとします。
そのとき、コンクリートまたは物体の変形が、長さxだけへこんで静止したと仮定します。計算していくと、
a=(h/x)g となります。
結局、結論は「衝撃力を重力加速度の単位Gで表したものは、落下距離と、衝突後の変形距離の比に等しい 」です
あとは、具体的な数字を入れてみます。
高さh=60cmから物体を落下させ、物体またはコンクリートがx=0.6mmへこむと
a=(600/0.6)
=1000G
と計算できます。
コンクリートの状態などによって、考え方は異なります。
物体がコンクリートに跳ね返ったりすれば、また変わってきます。
今回は、あくまでもコンクリートに激突して停止すると仮定して回答してみました。
No.3
- 回答日時:
これは これまでにも よくだされる問いです。
結論から言うと、何Gである、とは一概に言えないということです。
物質の種類(硬さ・表面の状態などなど)
コンクリートの「硬さ」
で 異なってきます。
ただ、それではあんまりだと思われるならば、おおざっぱにいうと、下のようになるかと思われます。
今60cmから落としましたので、コンクリートまたは物体が6cmへこんだならば 加重は10G、
0.6cmへこんだならば 加重は100G
つまり
加重(衝撃力)をG単位で表すとき、
衝撃力=落下距離/ぶつかって止まるまでの距離
とお考え下さい。
たとえ、100mの高さから落ちても、スポンジの上に落ちてそれが100m沈んだら、1Gの衝撃力です。つまり、落ちているときと同じ程度の気持ち悪さしか感じない、どすーんという衝撃はないということです。
この回答への補足
回答ありがとう御座います。重さは関係ないのでしょうか?60cmの高さから167gの物質(ABS)が落ちた時、落ちた物に掛かる力?(G)がしりたいです。
実際は凹んだり、跳ね返ったりするのですが、単純に落ちた物が掛かる力。落ちた物は何G掛かりますと言う事が書きたいです。
No.2
- 回答日時:
以前に似たような質問があります。
>まったく数学と物理に知識がありません
…のに資料作成ですか。たいへんですね
>加重(G)は何Gになるのでしょうか
何Gか、で小学生に説明できるんでしょうか?力も色々単位がありますし説明の方針・目的によって使う単位も違うと思います。
そもそも、衝撃力っていうものは、大学で物理学を修了しても難しいものなんです。
衝撃時の弾性・音や物質の変形での損失・衝突開始から完了までの時間
とか色々考慮しなくてはいけないですし。
また、本当に“衝撃力”で間違いないんでしょうか?
衝突では“エネルギー”や“力積”等が問題に出されますが、こっちの方が高校物理範囲ですし運動学としてはスタンダードな問題だと思いますが…
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