衝撃力について教えて下さい。

質問

高さ60cmから167gの物質をコンクリートに落とすと、落ちた時に、落とした物に掛かる加重（G）は何Gになるのでしょうか？まったく数学と物理に知識がありません。小学生でも分かる様な説明でお願いしたいのでが…。明日の資料作成に必要なのです。

回答No.9

Willyt

>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。

回答No.8

m_ik_e

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

お礼

ご回答ありがとう御座います。皆さんの回答を基に資料を作成させて頂きます。本当にありがとう御座います。

回答No.7

noname#40706

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。

お礼

大変、ご丁寧に回答ありがとう御座います。早速、資料作成に取り掛かっています。本当にありがとう御座います。

回答No.6

noname#40706

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。

お礼

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。

回答No.5

sanori

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？

お礼

大変、親切に説明して頂ありがとう御座います。少し理解が出来ました。本当に助かりました。ありがとう御座います。

回答No.4

ko-bar-ber

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。

回答No.3

noname#40706

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。

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。

回答No.2

m_ik_e

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=2002351
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…

補足

回答ありがとう御座います。落ちた時に掛かる加重が正しいでしょうか？

回答No.1

Willyt

これは落した物体と落ちた地点の物質の物理的性質によります。両者が硬ければ物体が受ける加速度は大きくなり、柔らかくなるほど加速度は小さくなります。ですから計算は大変むずかしくなります。

補足

落とす物は樹脂材（ABS）で地面はコンクリートで凹みとか関係なく、単純に落ちた物に対し掛かる力（G）が知りたいのですが。