12磅铁锤以每秒10米速度撞击地面会有多大撞击力?撞击的是水泥地

Question

12磅铁锤以每秒10米速度撞击地面会有多大撞击力?
撞击的是水泥地

Answer 1

无法计算,要看地面在多少时间内铁锤停止运动
12磅 = 5.44310844 公斤
地面作用力 F = ma,其中a是反向加速度
a = v / t
所以 F = mv / t
其中 m = 5.443kg,v = 10m/s
若0.5秒内铁锤停止,平均受力 = 108.86牛顿,相当于11.1公斤,或者24.5磅
若0.2秒内铁锤停止,平均受力 = 272.15牛顿,相当于27.8公斤,或者61.2磅
若0.1秒内铁锤停止,平均受力 = 544.30牛顿,相当于55.5公斤,或者122.4磅
若0.05秒内铁锤停止,平均受力 = 1088.6牛顿,相当于111公斤,或者245磅
若0.02秒内铁锤停止,平均受力 = 2721.5牛顿,相当于278公斤,或者612磅
若0.01秒内铁锤停止,平均受力 = 5443.0牛顿,相当于555公斤,或者1224磅
而铁锤停止的时间和地面的质地很有关系
地面越软,受力时间越长,受力越小
地面越硬,受力时间越短,受力越大
一般的,这种数据的实测出来的,用一个加速度易破损贴纸贴在铁锤的一侧
如果测得加速度a > 5g,那么 F = ma > 5mg,那么受力就大于5倍铁锤的重量
如果测得加速度a > 10g,那么 F = ma > 10mg,那么受力就大于10倍铁锤的重量
如果测得加速度a > 20g,那么 F = ma > 20mg,那么受力就大于20倍铁锤的重量
如果测得加速度a > 50g,那么 F = ma > 50mg,那么受力就大于50倍铁锤的重量
如果测得加速度a > 100g,那么 F = ma > 100mg,那么受力就大于100倍铁锤的重量
过山车的转弯侧向加速度一般是2~3g
5g相当于F1赛车急速转弯时人体受到的加速度
10g是超音速战斗机急拉起其时人体受到的加速度上限
20g是车祸时人体受到的加速度
50g是人跳楼时撞地受到的加速度
100g相当于飞机撞击地面人体受到的加速度
如果是撞击水泥地,一般是20~30g,也即是20到30倍重力,12磅铁锤可以砸出240~360磅力量