Máy tính lực va chạm là gì?
Công cụ này ước tính lực trung bình sinh ra trong một vụ va chạm hay va đập. Khi một vật đang chuyển động bị dừng lại, toàn bộ động năng của nó phải được hấp thụ trên quãng đường dừng. Quãng đường này càng ngắn thì lực càng lớn — đó chính là lý do vùng hấp thụ xung lực (crumple zone), túi khí và các lớp đệm cứu được sinh mạng bằng cách kéo dài quãng đường dừng.
Cách sử dụng
Nhập khối lượng của vật (kg), vận tốc va đập (m/s) và quãng đường dừng (m) — tức là quãng đường mà vật đi được cho đến khi dừng hẳn. Công cụ sẽ trả về lực va chạm trung bình tính bằng newton và kilonewton, động năng liên quan, cùng gia tốc giảm tốc tương đương theo đơn vị g.
Giải thích công thức
Theo định lý công – năng lượng, công do lực va chạm thực hiện bằng động năng bị tiêu tán: \(F \times d = \frac{1}{2} m v^{2}\). Biến đổi công thức ta được
$$F = \frac{\frac{1}{2}\,\text{Mass (kg)}\cdot\text{Speed (m/s)}^{2}}{\text{Stopping distance (m)}}$$Kết quả này là lực trung bình; lực tức thời cực đại có thể lớn hơn đáng kể tùy thuộc vào cách quá trình giảm tốc diễn ra.
Ví dụ minh họa
Một chiếc xe nặng 1500 kg đâm vào tường với vận tốc 15 m/s (54 km/h) và vùng hấp thụ xung lực cho quãng đường dừng 0,5 m. Động năng = \(\frac{1}{2} \times 1500 \times 15^{2} = 168{.}750\ \text{J}\). Lực = \(168{.}750 / 0{,}5 = \mathbf{337{.}500}\ \text{N}\) (337,5 kN). Con số này tương đương gia tốc giảm tốc khoảng 23 g.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao quãng đường dừng dài hơn lại làm giảm lực? Cùng một lượng năng lượng được trải ra trên quãng đường dài hơn, nên tại mỗi thời điểm cần ít lực hơn — đây chính là nguyên lý của vùng hấp thụ xung lực và túi khí.
Đây là lực cực đại hay lực trung bình? Đây là lực trung bình trong suốt quá trình dừng. Lực cực đại thực tế dao động và thường cao hơn.
Nên dùng đơn vị nào? Hãy dùng hệ SI: kg, m/s và mét. Kết quả tính bằng newton (1 kN = 1000 N).
