
No.4ベストアンサー
- 回答日時:
#1さんと#2さんとで、結果が不一致ですね。
空気抵抗は無視でよろしいですね?
(砲丸なので、また、高さが20mなので、無視できると思います。)
mgh = 1/2・mv^2
(落下する前の位置エネルギー = 位置エネルギーが全て運動エネルギーに変わったときの運動エネルギー)
という公式がありますが、導出については下記の私の過去回答をどうぞ。
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa2081786.html
速さvは、地面に落ちる寸前で最速となり、
v = √(2gh) = √(2×9.8×20)
= 19.8m/s
= 19.8m/s × 10^(-3)km/m × 3600s/h
= (71.3)
≒ 71km/h
ここまでは、5kgという質量は関係ありません。
さて、衝撃のほうですが、
衝撃を求めるには、何か他に条件を与えないといけません。
たとえば、
「衝撃の吸収にかかる時間は0.01秒である。
そして、その0.01秒の間は、物体にかかる力(=衝撃)は一定」
という条件を与えてみますね。
すると、衝撃の加速度は、
19.8m/s ÷ 0.01s = 1980m/s^2
となります。
これに物体の質量を掛ければ、衝撃力になります。
衝撃力 = 5kg × 1980m/s^2 = なんちゃらニュートン
しかし、ニュートンの単位だとピンときませんよね。
ですから、kgf(キログラム重)に直せば、
衝撃力 = 5kg × 1980m/s^2 ÷ 9.8m/s^2
= 1010kgf
というわけで、上記の前提で計算すれば、1トンの衝撃であるということです。
No.2
- 回答日時:
陸上部なんですか?
面白い質問だったので回答いたします。
落下する物体の高さが高いほど、地面に衝突する際の衝撃は当然大きい
です。それは高さに比例して位置エネルギーが大きくなるからです。
公式としては、(位置エネルギー)=(質量)×(重力加速度)×(高さ)です。
速度変換は、(運動エネルギー)=1/2×(質量)×(速度)^2です。
空気抵抗を考えないとすると全て位置エネルギーは運動エネルギーへ
変わります(エネルギー保存の法則)。
両公式に質量が含まれており、相殺されるため質量に関係なく全ての
物体は同じ高さから落下すると衝突時の速度は一定となります(自由落下)。
結論としては衝突時の速度は14m/sです。時速では50.4km/hとなります。
衝撃の大きさは、物体の質量に比例しますが、あなたの体重を60kgと
すると、20×5/60=1.7mの高さから落下したときと同じになります。
もうひとつ、運動エネルギーに変更すると速度=5.8m/sになりますので、
あなたが平地を20.8km/hの速度で走って壁に衝突する時の衝撃と同じ
ことになります。
どうです、実感しましたか?
車事故の際にもメタボの人は衝撃が大きいということでしょうか。
ただし速度の2乗に比例しますから、スピードをあげないことが最優先です。
では砲丸投げをがんばってくださいw
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