力積と運動量の計算機

運動量は質量と速度の積で運動を表します。ゆっくり動く重い物体と、速く動く軽い物体が同じ運動量を持つこともあります。速度には向きがあるため、一次元の計算では運動量に符号が付きます。入力前に正の向きを決め、反対向きの運動や力は負の値で表してください。運動量の単位はキログラムメートル毎秒です。 力積は、ある時間にわたって働く力の効果を表します。一定の力または平均力の場合、力積は力と作用時間の積です。力積と運動量の関係では、この力積が運動量の変化に等しくなります。質量が一定なら、力と時間の積は、質量と終速度の積から質量と初速度の積を引いた値に等しくなります。この計算機はその関係式を変形して、終速度、平均力、作用時間、力積を求めます。 この関係は、停止時間を延ばすと平均力を減らせる理由を説明します。エアバッグ、緩衝材、ヘルメット、スポーツのフォロースルーは、運動量が変わる時間を長くします。同じ速度変化に必要な総力積は変わりませんが、時間が長いほど平均力は小さくなります。逆に、運動量の変化が中程度でも、非常に短い衝突では大きな力が生じます。力や力積が負なら、選んだ正の向きと反対に作用するという意味で、計算が無効ということではありません。 このモデルは質量一定を仮定し、平均の合力を使います。力が時間とともに変化する場合、正確な力積は力と時間のグラフの下の面積であり、一瞬の力に全時間を掛けたものではありません。外力は合力としてまとめる必要があります。複数物体の衝突では、この式に加えて系全体の運動量保存が必要な場合もあります。ロケットなど質量が変わる系は別の扱いが必要です。 力学の演習、衝突の概算、スポーツ分析、簡単な工学的確認に利用できます。すべての値をSI単位にそろえ、符号の規則を統一してください。安全性が重要な衝撃解析では、力の実測履歴、構造変形、材料応答を使って理想計算を補う必要があります。