衝撃力について教えて下さい。

体重60kgの人が速さ3.6km/hで動き片手をついて0.01秒で止まる時の
力は大体どれ位になりますか？

No.8 回答者： foomufoomu 回答日時： 2011/02/13 13:26

＞htms42 さん

あなたがものを知らないことを責めるつもりはありません。しかし、知っている人の邪魔をするのはやめてください。

＞衝突時間が分かっても平均の力しか出すことはできません
質問は「力はだいたいどれぐらい」ですから、正確な値を求めているわけではありません。
概算的に求める一つの方法は、平均加速度と最大加速度の比を知って、加速度一定で算出した力に、その比をかけることです。
衝突中の加速度の変化が、sin曲線やサイクロイドのようなゆったりとした変化なら、比は1.5程度になります。グラフにしたとき三角形になる変化（等変化加速度）なら比は２です。もっと急激に変化するなら、さらに大きな値になりますが、逆に人が一定の力で耐えるようにすると考えれば、力一定なわけですから等加速度(比=1)になります。
したがって、人が手をついて止まるという条件なら、1～2程度の加速度比を想定しておけば、まず、問題ないでしょう。
あたまから「わかるわけがない」と決めつけるのは、賢明な態度とは言えません。

＞粘性係数とばね定数を入れた微分方程式で一般的に決まると考えれおられること自体に「？」が
あなたがこの公式の存在を知らないことを自慢してもしょうがないでしょう。
この式は（アインシュタイン以降の理論と、ミクロの世界を除いて）物体間に作用する力が3つの項と外部から加わる力の和で表せる（それ以外に力の原因はない）というものです。

＞この質問にもある「壁からうでにかかる衝撃力」になぜ粘性係数が関係するのですか。
物体が完全弾性体でない限り、かならず「粘性」を持ちます。そんな基本も知らないとは。。。やわらかな人間の体などは、粘性体の代表のようなものです。
それに、科学でいう「一般的」の意味を知らないのですか。
一般的とは、ほとんどの場合をカバーする、広い範囲で適応できる式のことですよ。
前に書いた微分方程式は、とことん正確に求めたいなら、こんな式を解いてください。という極端な例です。

＞石の凸凹はどう考慮するのですか。
その気になれば、いくらでも方法はあります。統計的手法を使うという手もあります。しかし、普通は、そこまで考えて正確な値を出す必要がないので、やりませんが。

＞私は元高校の教師です。
なるほど。。。だから、柔軟な考え方ができないのですね。教科書に書いてあること以外はありえない。教科書に間違いはない。
あなたが知らない理論は、無限にあるのですよ。（むろん、私だって、すべての理論を知っているわけではありません。）
あなたは、まず、「無知の知」を持つことが必要です。

ちなみに、私は建築の構造設計をしています。駐車場の壁に自動車がぶつかったときの衝撃力は・・・というたぐいの問題は日常茶飯事です。

No.7 回答者： htms42 回答日時： 2011/02/12 19:34

「衝撃力は求められません」というのは間違いではありません。

衝突の最中にどういう力が働いていたかという具体的な情報は求めようがないからです。
衝突の前後の関係から衝突の間に起こったトータルの変化についてはハッキリと決まります。それが力積です。
衝突時間が分かっても平均の力しか出すことはできません。
それ以上細かい情報は分からないのです。
Ａ地点からＢ地点に車で移動した場合に距離と移動に要した時間しか分からなければ速度変化の詳細は分かりません。分かるのは平均の速さだけです。最高速度はいくらであったかなど分かるはずがありません。わかるのは最高速度は平均の速さよりも大きいはずだという事だけです。　
　
「決まる」と言ってられるのは力の働き方に仮定を入れればということです。
その仮定にどれだけの妥当性があるのかは別問題です。

粘性係数とばね定数を入れた微分方程式で一般的に決まると考えれおられること自体に「？」が付きます。この質問にもある「壁からうでにかかる衝撃力」になぜ粘性係数が関係するのですか。壁に石をぶつけた場合の衝撃力の計算になぜ粘性係数が関係するのですか。石の凸凹はどう考慮するのですか。

運動量保存則は力の詳細が分からなくても変化を考えることができるところに意味があるのです。
速度変化の原因を担っている力が作用・反作用の法則を満たしている限り成り立つものですから一般性があります。

私は元高校の教師です。
こういう風な内容で高校の物理が誤りの原因になっているなんてことを言われると困ります。
高校生が見ているかも知れません。

No.6 回答者： foomufoomu 回答日時： 2011/02/12 01:08

ためしに、「衝撃力　計算」でネット検索したら、「衝撃力は計算できません」という間違いをどうどうと書いている人がいっぱい居るんですね。

びっくりしました。

間違えの原因のひとつは、高校の理科で、「衝突の計算をするときは運動量保存則を使う」と教えていることではないでしょうか。
運動量（＝質量×速度）は、系全体での合計が保存されることから、衝突の瞬間に起きることをすっとばして、結果だけ（衝突の後の状態だけ）求めるときには便利なのですが、衝突中に起きることを求めることはできません。

衝突中のできごとを求めたいなら、一般的には、
m*x'' + c*x' + k*x = F　（m:質量、c:粘性抵抗、k:ばね係数、F:外部から物体に作用する力、'は時間での微分を表す）
という２階微分方程式を連立的に解かないと求められません。（解けば求められます）

前の私の回答で、「加速度一定」としたのは、方程式が簡単になるのと、その前の回答と答えをそろえるためで、もし一定でないなら、それなりの関数を方程式に入れて解くだけのことです。

No.5 回答者： htms42 回答日時： 2011/02/09 19:04

「衝撃力」を知りたいということですが

短い時間に大きな力が働いた時に「撃力」という言葉を使います。
「力」という言葉が入っていますが具体的な力を表しているのではなくて力の働きかたを表している言葉です。
その短い時間内にどういう風な力のかかり方をしたかを問題にしていません。大きな時間変化があることが予想されますが具体的にどういう変化が起こっているかは分かりません。あえて力と時間を分離しないで考えています。したがって具体的な値が知りたいときは力の合算である力積から求めることになります。

＃３
＞わざわざ力積を持ち出す必要はありません。

力積しか意味を持っていないのです。

加速度が一定であるとして求めておられますが接触時間中に働いた力が一定であるという仮定が使われています。

平均の力で用が足りるのか、働いた力の最大値が問題になるのか、何も分かりません。

６００ｋｇｆというのは平均の力です。

No.4 回答者： htms42 回答日時： 2011/02/09 16:47

片手に６００ｋｇｆの力がかかれば、

骨折だけではすみませんね。


３．６ｋｍ／ｈという速さには無理はありませんから
０．０１秒で止まるという設定に無理があります。

No.3 回答者： foomufoomu 回答日時： 2011/02/09 16:22

力＝質量×加速度

加速度＝速度／時間　（ただし、加速度が一定の場合）
の関係がありますから、これより
力＝質量×速度／時間
となります。よって
力= 60kg * 1m/sec / 0.01sec = 6000N ≒ 600kgf

No.2と同じ結果ですが、わざわざ力積を持ち出す必要はありません。

No.2 回答者： -ok 回答日時： 2011/02/09 12:42

求める力を f [N]として、

運動量の変化 = 力積
の式から概算すればよいでしょう。3.6 km/h = 1 m/s ですから、
60 kg * 1 m/s = f N * 0.01 s。
よって
f = 6000 [N]
です。重力加速度の大きさを 10 m/s^2 として kgf に換算すると
6000 / 10 = 600 [kgf]
です。

この回答へのお礼

ありがとうございました。理解できました。

お礼日時：2011/02/09 12:55

No.1 回答者： debukuro 回答日時： 2011/02/09 10:28

物理的に衝撃力なんて定義はありません

衝突したときの状態を感覚的に表現するための言葉です
デ、物理的にはエネルギーをどれくらいの時間で放出するか、あるいは消費するかということになります
３６キロメートル毎時は１０メートル毎秒です
そこで計算
[60kg*(10m/s)^2]/0.01sワットということです
計算が違っていなければ６００キロワット
６０００ジュールのエネルギーを１００分の１秒で消費してしまう
すごいね！

この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時：2011/02/09 12:57