โมเมนตัมและแรงกระตุ้น (สูตร ปัญหาตัวอย่าง ความสัมพันธ์)

สะพานที่มักผ่านโดยรถบรรทุกขนาดใหญ่มักจะได้รับความเสียหายเร็วกว่าสะพานที่ผ่านโดยยานพาหนะขนาดเล็กเท่านั้น เห็นได้ชัดว่ามีความเกี่ยวข้องและสามารถอธิบายได้ด้วยสูตรของโมเมนตัมและแรงกระตุ้นในฟิสิกส์

โมเมนตัมและแรงกระตุ้นเป็นสองแนวคิดที่เกี่ยวข้องกัน จำเป็นต้องเรียนรู้จากความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างทั้งสองกับสูตรที่ใช้ในการแก้ปัญหา ตรวจสอบคำอธิบายแบบเต็มด้านล่าง

โมเมนตัมคืออะไร?

วัตถุทั้งหมดที่สามารถเคลื่อนที่ได้ต้องมีโมเมนตัมของตัวเอง ในทางฟิสิกส์ คำจำกัดความของโมเมนตัมคือปริมาณเวกเตอร์ที่มีทิศทางเหมือนกับทิศทางของความเร็วของวัตถุ

ที่เกี่ยวข้องกับคำสั่งก่อนหน้านี้ โมเมนตัมยังหมายถึงผลคูณของน้ำหนักรวมของวัตถุและความเร็วของวัตถุ พูดง่ายๆ ก็คือ โมเมนตัมเป็นตัววัดความยากในการทำให้วัตถุหยุดเคลื่อนที่

โมเมนตัมที่ครอบครองโดยวัตถุนั้นได้รับอิทธิพลจากสองสิ่งคือมวลและความเร็ว หากวัตถุ A มีมวลมาก โมเมนตัมของวัตถุก็มีขนาดใหญ่เช่นกัน ในทำนองเดียวกันกับความเร็ว โมเมนตัมของวัตถุ B จะเพิ่มความเร็วที่วัตถุเคลื่อนที่

ให้เราเข้าใจโดยยกตัวอย่างง่ายๆ เชอร์รี่สองตัวที่มีน้ำหนักเท่ากัน แต่ตั้งอยู่บนกิ่งก้านที่มีความสูงต่างกันจากนั้นก็เชอร์รี่บน กิ่งสูงจะทำให้เจ็บเมื่อล้มลงมากกว่าต้นซากุระที่กิ่งล่าง ต่ำ.

อีกตัวอย่างหนึ่งคือเมื่อมีการชนกันระหว่างรถ 2 คัน แน่นอนว่ายานพาหนะที่มีความเร็วสูงกว่าจะได้รับความเสียหายรุนแรงกว่ายานพาหนะอื่นๆ ที่ช้ากว่า

อ่าน: สูตรธุรกิจ

แรงกระตุ้นคืออะไร?

กล่าวโดยสรุป แรงกระตุ้นคือการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมที่พิสูจน์ว่าแนวคิดทั้งสองมีความเกี่ยวข้องกันอย่างแท้จริง แรงกระตุ้นเป็นผลคูณของแรงและเวลาตราบเท่าที่แรงกระทำต่อวัตถุ

นอกจากนี้ แรงกระตุ้นถูกกำหนดให้เป็นปริมาณเวกเตอร์ที่มีทิศทางเหมือนกับทิศทางของแรง แนวคิดนี้แสดงให้เห็นว่าจำเป็นต้องใช้แรงมากในการเคลื่อนย้ายวัตถุที่อยู่นิ่งหรือเพื่อหยุดวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่

ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดในการอธิบายแรงกระตุ้นคือเมื่อผู้เล่นเตะบอลไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ช่วงเวลาระหว่างที่คุณใช้แรงกับลูกบอลโดยการแกว่งเท้าจนกระทั่งเท้าสัมผัสลูกบอลในที่สุดเรียกว่าแรงกระตุ้น

อ่าน: กฎของนิวตัน 1, 2, 3

สูตรโมเมนตัมและแรงกระตุ้น

จะทราบโมเมนตัมและแรงกระตุ้นได้อย่างไร? มีสูตรที่ใช้ในการคำนวณแนวคิดทางฟิสิกส์ทั้งสองแบบ

ก. การคำนวณโมเมนตัม

ในการคำนวณจะใช้สูตรโมเมนตัมต่อไปนี้:

p = m v

สูตรแสดงโมเมนตัมเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่มีทิศทาง ด้วยวิธีนี้ ทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุจะทราบอยู่แล้วหากพบขนาดของโมเมนตัม

ข. การนับแรงกระตุ้น

สูตรคำนวณแรงกระตุ้นมีดังนี้:

แม้ว่าแรงกระตุ้นและโมเมนตัมเป็นแนวคิดที่เกี่ยวข้องกันสองประการ แต่แรงกระตุ้นยังคงมีสูตรอิสระ กล่าวคือใช้สูตรเมื่อไม่ทราบความเร็วและน้ำหนักรวมของวัตถุ

ในขณะเดียวกัน เมื่อทราบมวลและความเร็วอย่างชัดเจน การคำนวณจะใช้สูตรที่ระบุความสัมพันธ์ระหว่างแนวคิดทั้งสอง

ความสัมพันธ์ระหว่างโมเมนตัมและแรงกระตุ้น

โมเมนตัมและแรงกระตุ้นมีความสัมพันธ์ซึ่งระบุไว้ในทฤษฎีบทแรงกระตุ้น-โมเมนตัม กล่าวคือ แรงกระตุ้นที่กระทำต่อวัตถุจะเหมือนกับการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมที่เกิดขึ้นบนวัตถุ

ความสัมพันธ์ระหว่างทั้งสองสามารถเห็นได้ชัดเจนในกฎข้อที่สองของนิวตัน ข้อความในกฎข้อที่สองของนิวตันเน้นว่าขนาดของแรงที่กระทำต่อวัตถุ A จะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมที่เกิดขึ้นต่อหน่วยเวลา

ในสมการทางคณิตศาสตร์ ความสัมพันธ์ระหว่างโมเมนตัมและแรงกระตุ้นแสดงได้ดังนี้

p หมายถึงการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม ( p2 – p1)

อ่าน: มิติพลังงาน

ตัวอย่างคำถามและการอภิปราย

วิธีที่มีประสิทธิภาพในการทำความเข้าใจสูตรโมเมนตัมและแรงกระตุ้นอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้นคือการฝึกแก้ปัญหา ต่อไปนี้คือตัวอย่างบางส่วนของคำถามเกี่ยวกับแรงกระตุ้นและโมเมนตัมพร้อมกับการสนทนาที่สมบูรณ์:

1. คนขว้างลูกบอลน้ำหนัก 0.15 กก. ด้วยความเร็ว 20 m/s หลังจากนั้น ลูกบอลจะถูกตีด้วยไม้เท้าเพื่อให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางอื่นด้วยความเร็ว 20 เมตร/วินาที คำนวณแรงกระตุ้นที่กำหนดโดยไม้ต่อลูกบอล!

จากคำถาม ข้อมูลที่ทราบบางส่วนได้แก่:

จากการคำนวณเหล่านี้ จะเห็นได้ว่าแรงกระตุ้นคือ – 6 Ns

2. Mirna ขี่มอเตอร์ไซค์ด้วยความเร็ว 30 m/s น้ำหนักรถมอเตอร์ไซค์ 200 กก. ตั้งจังหวะ!

จากคำถามจะเห็นได้ดังนี้

ด้วยวิธีนี้ โมเมนตัมของรถจักรยานยนต์ของ Mirna คือ 6,000 กก. ม./วินาที

3. บายูถือลูกบอลน้ำหนัก 0.5 กก. ลูกบอลเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 4 เมตร/วินาที หลังจากนั้น Ardi ตีลูกบอลโดยให้แรงตรงข้ามเพื่อให้ความเร็วของลูกบอลเปลี่ยนเป็น 8 m/s หากลูกบอลสัมผัสไม้ตี 0.01 วินาที ให้คำนวณว่าโมเมนตัมเปลี่ยนแปลงแค่ไหน!

จากคำถามเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า:

ในปัญหานั้น สิ่งที่ถูกถามคือการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัม ซึ่งมีความหมายเดียวกับแรงกระตุ้น จากนั้นการคำนวณจะกลายเป็น:

ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของแรงกระตุ้นหรือโมเมนตัมของลูกบอลคือ – 6 m/s

4. รถบรรทุกขนาดใหญ่ที่มีน้ำหนัก 2 ตันขับด้วยความเร็ว 72 กม. / ชม. ขณะเลี้ยวทางแยก รถบรรทุกชนกับเสาและหยุดเคลื่อนที่เป็นเวลา 0.1 วินาที แรงเฉลี่ย (F) บนรถบรรทุก ณ เวลาที่เกิดการชนคืออะไร?

จากคำถามจะเห็นได้ว่า

ตอนนี้คุณเข้าใจเกี่ยวกับโมเมนตัมและแรงกระตุ้นแล้วใช่ไหม สูตรโมเมนตัมใช้เพื่อค้นหาว่าวัตถุเคลื่อนที่มีโมเมนตัมเท่าใด การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของวัตถุเท่ากับแรงกระตุ้นบนวัตถุนั้น