Impulse حاسبة

تجد حاسبة النبضة النبضة من القوة المتوسطة والوقت الذي تؤثر خلاله، أو من الكتلة وتغير السرعة عبر مبرهنة الزخم-النبضة. أدخل أي من الزوجين، وتعيد الأداة النبضة بوحدة نيوتن-ثانية مع تغير الزخم المكافئ بالكيلوغرام-متر في الثانية.

النبضة تصف مدى تغير القوة لحركة الجسم، حيث تجمع بين مدى قوة الدفع ومدة دفعها. قوة صغيرة على مدى فترة طويلة يمكن أن ترسل نفس النبضة التي تصدر قوة كبيرة خلال فترة قصيرة، وهي الفكرة الأساسية وراء أحزمة الأمان، والوسائد الهوائية، وأسطح الهبوط المبطنة.

حساب النبضة من القوة والزمن

النبضة J تساوي متوسط القوة مضروبة في مدة تلك القوة.

J = F Δt

الرمز	الكمية	وحدة SI
J	الدفع	نيوتن-ثوان (N·s)
F	القوة المتوسطة	نيوتن (N)
Δt	الفترة الزمنية	ثوان (ثواني)

مثال تم التعامل معه: قوة ثابتة 50 N تعمل لمدة 0.2 ثوان.

1. اضرب القوة في الزمن. 50 × 0.2 = 10 N·s.

يمكن أن تأتي نفس النبضة من تركيبة قوة-زمن مختلفة، مثل 100 N على 0.1 s أو 20 N على 0.5 s. ما يهم للنبضة هو حاصل الضرب، وليس القيم الفردية.

احسب النبضة الناتجة عن الكتلة وتغير السرعة

تنص مبرهنة الزخم النبضي على أن النبضة تساوي التغير في الزخم الذي يمر به الجسم، Δp = mΔv.

J = m Δv = Δp

مثال تم التعامل معه: جسم بوزن 2 kg يتسارع من 3 m/s إلى 8 m/s.

1. ابحث عن التغير في السرعة. 8 − 3 = 5 m/s.

2. اضرب في الكتلة. 2 × 5 = 10 كجم·م/ث، يعادل 10 N·s.

كلا المسارين إلى النبضة، القوة مضروبة في الزمن أو الكتلة مضروبة في تغير السرعة، يصفان نفس الحدث الفيزيائي ويتفقان دائما عند تطبيقهما على نفس التفاعل.

افهم لماذا N·s يساوي كجم·م/ث

يعرف النيوتن بأنه القوة اللازمة لتسريع كيلوغرام واحد بسرعة متر واحد في الثانية مربعا، لذا 1 N = 1 كجم·م/ث². الضرب في الثواني يلغي قوة زمنية واحدة:

1 N·s = 1 (kg·m/s²) × s = 1 kg·m/s

لهذا السبب يشترك تغير النبضة والزخم في وحدات متطابقة، رغم أن الكميات تبدو مختلفة على السطح. تقبل العديد من مخططات علامات الفحص كلا التصنيفين للوحدة لإجابة النبضة، لأنها تمثل نفس البعد الفيزيائي بالضبط.

ابحث عن متوسط القوة في التصادم

إعادة ترتيب J = FΔt للقوة تعطي F = J / Δt = mΔv / Δt، مما يوضح أنه عند تغير ثابت في الزخم، ينتج زمن التلامس الأقصر قوة متوسطة أكبر بكثير. مثال محسوم: كرة بيسبول 0.15 kg تصل إلى 40 m/s وتعلق بالكامل.

1. ابحث عن التغير في السرعة. 0 − 40 = −40 m/s.

2. ابحث عن التغير في الزخم. 0.15 × (−40) = −6 كجم·م/ث.

3. قسمنا على زمن التلامس (0.02 s). −6 / 0.02 = −300 N.

تمديد نفس القبض لأخذ 0.2 ثانية بدلا من 0.02 ثانية، بعشر مرات أطول، سيقلل القوة المتوسطة إلى −30 N، أي عشر القدر، لنفس التغير في الزخم بالضبط. تلك العلاقة هي الفيزياء وراء القفازات المبطنة، ومناطق التكميد، والوسائد الهوائية: تمديد وقت التلامس يقلل من القوة القصوى لنفس النبضة.

اعترف أن القوة متوسطة وليست فورية

القوة المستخدمة في J = FΔt هي متوسط على مدى الفترة. غالبا ما يكون للتصادمات الحقيقية قوة ترتفع بشكل حاد وتنخفض، بدلا من أن تبقى ثابتة طوال الوقت. لا تزال مبرهنة الزخم النبضي سارية باستخدام تلك القيمة المتوسطة؛ الآلة الحاسبة تبلغ القوة المتوسطة المستحنة من النبضة والزمن المعطين، وليس القوة القصوى في أي لحظة واحدة.

اعمل على مثال ثان على الزخم

الكرة 0.5 kg تتباطأ من 12 m/s إلى 4 m/s. 1. ابحث عن التغير في السرعة. 4 − 12 = −8 م/ث. 2. اضرب بالكتلة. 0.5 × (−8) = −4 كجم·م/ث، يعادل −4 N·s.

تظهر العلامة السالبة أن النبضة تصرفت عكس اتجاه حركة الكرة الأصلي، مما أبطأها بدلا من تسريعها، وهذا يتوافق مع مبرهنة الزخم المطبقة على انخفاض السرعة.

الأسئلة الشائعة

ملخص

يجمع النبض بين القوة والزمن (J = FΔt) أو تغير الكتلة والسرعة (J = mΔv)، وكلاهما يعطي نفس النتيجة لحدث واحد، مثل 10 N·s لقوة 50 N على 0.2s أو جسم بوزن 2 kg يتسارع بمقدار 5 m/s.

نظرا لأن النبضة تعني تغير في الزخم، فإن النبضة الثابتة موزعة على زمن اتصال أطول تنتج قوة متوسطة أصغر، وهو المبدأ وراء الوسائد الهوائية والحشوة ومناطق التقلب.

حاسبات ذات صلة

حاسبة النبضة والزخم · حاسبة الطاقة الحركية · حاسبة السرعة