衝突について

質問

かなり物理が不得意な者です。皆様、分かりやすくご回答お願い致します。
質量Mの玉が速度Vで衝突する時、いくらの荷重がかかったのと同じになるのでしょうか？
仮に質量2kg、速度10m/sの鉄球が板に衝突した時の板にかかる荷重(kg)を教えてください。よろしくお願いします。

回答No.3

ranx · ベストアンサー

荷重(kg)と書かれていますが、kgは質量の単位であり、衝突した際に質量が
鉄球から板に移動することはありません。かかってくるのは力であり、その
単位としては、ニュートン(N)とかキログラム重(kg重)とかが使われます。

で、力ですが、ニュートンの運動法則により、質量と加速度、つまり速度の
変化率との積で表わされます。質問のケースで言えば、例えば0.1秒で鉄球
の速度が10m/sから0m/sに変化したとすると、平均の加速度は100m/s^2であり、
その間にかかった力は平均で200Nのわけです。あくまでこれは平均であり、
鉄球の速度はもっと複雑な変化をするでしょうから、瞬間的にはもっと大きな
加速度もありうるわけで、その場合にはもっと大きな力がかかっているわけ
です。

今述べたのは鉄球の速度変化に着目しているわけですから、実は鉄球が壁から
受ける力のことを言っていることになります。ところで、作用・反作用の法則
というのがあり、鉄球が壁から力を受ける時、壁は同じ大きさで反対向きの
力を鉄球から受けています。上の例で言えば200Nです。

ニュートンというのは質量と加速度から定義される単位ですから、質量と加速度
を掛けて力を求めた場合は、そのままNの単位を使えます。

これに対し、キログラム重というのは、重力、つまり地球と物体との間に働く
引力をもとに定義されます。1kgの物体が地球から受ける力が1kg重です。
ニュートンとキログラム重との間には、次の関係があります。
　　9.8N = 1kg重
従って、上の例をkg重で言いかえると約20.4kg重になります。
つまり、質量2kg、速度10m/sの鉄球が壁に衝突し、0.1秒間で速度ゼロになった
場合に壁にかかる平均の力は20.4kgの物体に働く重力と同じということになり
ます。

お礼

詳しい説明どうもありがとうございました。参考にさせていただきます。今後ともよろしくお願いします。

回答No.2

u13

＞じゃあよくゲーセンなんかであるパンチ力測定器なんかもある
＞一定時間の力積から求めているんでしょうか？

瞬間最大荷重？相当の値を出しているんじゃないかと思います。これは全くの推察ですが。

回答No.1

u13

衝突にかかった時間によります。衝突にかかる時間をｔとすると力積＝運動量
つまりＦｔ＝ＭＶです。これは鉄球が板にめり込んで止まったときなので跳ね返ったときには２倍、Ｆｔ＝２ＭＶですね。
たとえばｔを０．０１秒とで跳ね返ったするとＦ＝２ｘ２ｘ１０/０．０１＝４０００ｋｇとなります。

お礼

どうもありがとうございます。時間が関係あるんですね。じゃあよくゲーセンなんかであるパンチ力測定器なんかもある一定時間の力積から求めているんでしょうか？