อะไรจะเป็นคำอธิบายสำหรับการสังเกตนี้?
- รอกเก็ตทำให้ลูกบอลช้าลงจาก 30 เป็น 20 เมตรต่อวินาที ภายในห้ามิลลิวินาที สิ่งที่เปลี่ยนการเคลื่อนที่ของลูกบอลคือ ดีดดัน: แรงที่สะสมตลอดช่วงเวลา ซึ่งเท่ากับผลต่างของโมเมนตัม
สร้างโมเดล
- ดีดดัน = แรงสุทธิเฉลี่ย × ช่วงเวลาที่ผ่านไป = ผลต่างของโมเมนตัม
- การวิเคราะห์ทางชีวกลศาสตร์ต้องกำหนดส่วนประกอบ ทิศทางการเคลื่อนไหว และระยะของการเคลื่อนไหว
- แรงสุทธิและแรงจากกล้ามเนื้อเพียงตัวเดียวไม่สามารถแทนกันได้
- แขนงคานที่ยาวขึ้น เปลี่ยน แรงบิด โดยไม่เปลี่ยนแรงที่กระทำ.
- ดีดดัน: แรงที่สะสมตลอดช่วงเวลา; มีค่าเท่ากับผลต่างของโมเมนตัม
*การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเท่าเดิม 150 กิโลกรัมเมตรต่อวินาที: หากเพิ่มเวลาหยุดเป็นสองเท่า แรงหยุดเฉลี่ยจะลดลงครึ่งหนึ่ง
เลือกหลักฐานที่นำมาทดสอบได้
- ใช้วิดีโอที่ครูอนุมัติของการเคลื่อนไหวที่ปลอดภัยพร้อมการยินยอม.
- ทำการปรับเทียบระยะทางและเวลา (โดยมีจุดอ้างอิงความยาวที่มองเห็นได้); ระบุเฟรมภาพได้อย่างสม่ำเสมอ
- หลีกเลี่ยงการอ้างถึงข้อเท็จจริงทางการแพทย์จากการบันทึกแบบสองมิติ
ในห้องปฏิบัติการ: มุมมองของกล้องอาจทำให้มุมข้อต่อที่ปรากฏคลาดเคลื่อน: ควรตั้งกล้องให้ฉากหน้าตั้งฉากกับระนาบการเคลื่อนไหว และระบุตำแหน่งของกล้อง
เริ่มจากปริมาณที่ทราบแล้ว
- ที่ทราบ: มวลลูกบอล 0.058 กิโลกรัม; การเปลี่ยนแปลงความเร็ว 10 เมตรต่อวินาที ในช่วง 0.005 วินาที
- การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม = 0.058 x 10 = 0.58 กก. เมตร ต่อ วินาที
- แรงเฉลี่ย = แรงกระแทกหารด้วยเวลา = 0.58 / 0.005 = 116 นิวตัน
- ตรวจสอบแรงบิด: แรงจับที่ 10 นิวตัน เดิม เมื่อเพิ่มระยะแขนงัดเป็นสองเท่า จะทำให้แรงบิดรอบข้อศอกเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
ถึงคุณ: เวลาสัมผัสเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเป็น 0.010 วินาที เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเท่าเดิม แรงเฉลี่ยจะเป็นอย่างไร?
ตรวจสอบข้อสรุปและขอบเขต
- วิดีโอแสดงการเคลื่อนที่แบบสองมิติที่ปรากฏ; ส่วนประกอบที่นอกระนาบจะมองเห็นไม่ได้
- แรงสุทธิที่คำนวณจากการเคลื่อนที่ไม่สามารถระบุว่าเป็นกล้ามเนื้อใดกล้ามเนื้อหนึ่งได้
ไม่ถูกต้อง: การตามตัว (follow-through) แสดงให้เห็นว่ากล้ามเนื้อออกแรงมากขึ้น ระยะเวลาสัมผัสที่ยาวนานขึ้นส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเท่าเดิมโดยมีแรงเฉลี่ยที่น้อยลง: การตามตัวเปลี่ยนระยะเวลาของแรงกระแทก ไม่ใช่เพียงความพยายามของกล้ามเนื้อเท่านั้น
จุดสำคัญ:
- แรงกระแทก = แรงสุทธิเฉลี่ย x ช่วงเวลา = การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม
- นิยามส่วนร่างกาย ทิศทาง และขั้นตอน ก่อนทำการวิเคราะห์ใดๆ
- ระวัง: มุมข้อต่อที่อ่านได้จากกล้องที่เอียง
เขียนจากแรงกระแทก 60 นิวตัน วินาที
- การลงพื้นใช้เวลา 0.3 วินาที โดยมีแรงสุทธิเฉลี่ยเท่ากับ 200 นิวตัน
- แรงกระแทก = 200 x 0.3 = 60 นิวตัน วินาที — เท่ากับการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมทั้งหมด ไม่ว่าจะถูกนำไปใช้ในรูปแบบใดก็ตาม
เขียนจากแรงเฉลี่ย 1 200 นิวตัน
- นักกระโดดที่มีมวล 80 กก. มีการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมจำนวน 240 กก. เมตร ต่อ วินาที ในช่วงการกระโดดขึ้นเป็นเวลา 0.2 วินาที
- แรงกระแทก 240 นิวตัน วินาที ในช่วงเวลา 0.2 วินาที ให้ค่าแรงเฉลี่ยเท่ากับ 240 ÷ 0.2 = 1 200 นิวตัน — ระยะเวลาสัมผัสสั้นกว่า ทำให้มีแรงมากกว่า
เขียนจากนิยามขั้นตอน
- นิยามขั้นตอนการกระโดดขึ้น โดยกำหนดส่วนร่างกาย ทิศทาง และจุดสิ้นสุด BEFORE ทำการวิเคราะห์แรงใดๆ
- ทำไม: แรงคืออัตราการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัม และอัตราขึ้นอยู่กับว่ากำหนดจุดสิ้นสุดของเฟสไว้ที่ใด
เขียนจากแรงขณะลงพื้นอย่างนุ่มนวล
- การกระโดดเดียวกันลงบนโฟม: เวลาสัมผัสยืดออกไปเป็น 0.5 วินาที เพื่อการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเท่าเดิมที่ 100 นิวตัน·วินาที
- แรงเฉลี่ย = 100 ÷ 0.5 = 200 นิวตัน — การลดแรงกระแทกกระจายแรงกระตุกตามเวลา แต่ไม่ขจัดแรงกระตุกออก