Lectia 1: Teorema transformarii Impuls-Moment

Intr-o parte anterioara a Lectiei 1, s-a spus ca:

Intr-o ciocnire un obiect sufera o forta un anumit timp care provoaca in masa sa o schimbare de viteza si implicit de moment. 

Sint implicate patru marimi in enuntul anterior: forta, timp, masa si viteza, cu definitiile cunoscute:

Aceasta este cunoscuta ca teorema de schimbare impuls-moment.

In aceasta parte a Lectiei 1, vom examina citeva actiuni in practica ale teoremei si in special ne vom concentra pe:

• Efectul timpului de ciocnire asupra marimii fortei care actioneaza asupra obiectului, si
• Efectul reveniri sau nu asupra schimbarii de viteza si astfel asupra marimii fortei care actioneaza asupra obiectului .

In timp ce faci efortul sa aplici teorema transformarii impuls-moment la o multime de situatii practice, din lumea reala, aminteste-ti sa incerci sa folosesti ecuatiile si formulele fizicii ca un ghid de gindire sa aflii cum se schimba valoarea unei marimi cind se schimba cealalalta. 

Efectul timpului de ciocnire asupra fortei

Prima oara examinam influenta timpului de ciocnire asupra marimii fortei in timpul ciocnirii. Din prima parte stim ca forta si timpul sint invers proportionale. Un obiect de 100 unitati de moment trebuie sa sufere 100 unitati de impuls ca sa fie adus in repaos. Orice proportie intre timp si forta poate fi obtinuta sa producem 100 unitati de impuls necesar sa oprim 100 unitati de moment. Aceasta situatie este descrisa mai jos.

Proportii de Forta si Timp necesare sa producem 100 unitati de Impuls

Forta	Timp	Impuls
100	1	100
50	2	100
25	4	100
10	10	100
4	25	100
2	50	100
1	100	100
0.1	1000	100

Observa ca la cel mai mare timp 1000 unitati avem cea mai mica forta in ciocnire 0.1 unitati. Astfel pentru a reduce forta intr-o ciocnire se intirzie aplicarea fortei sau se prelungeste durata ciocnirii prin amortizare.

 Exemple din practice:
-O retragere a fetei boxeerului in timpul cind este lovit scade forta prin marirea timpului de ciocnire (lovire).
-Airbagurile auto realizeaza marirea timpului de aplicare a fortei reducind consecintele accidentelor. Acestea actioneaza la impulsuri foarte mari, pentru protectia capului in special.
-Centurile de siguranta au acelasi rol pentru corp dar cu forte prea concentrate.

Exemplul maririi timpului pentru reducerea fortei conduce la solutii constructive cum este rotunjirea formelor expuse lovirii (aspect de perna) cu compartimentari si orificii de aer intre compartimente care maresc duratele ciocnirii. asa avem bordul automobilului, manusile de box, genunchiere, glezniere, etc.

La boxeri avem pe linga manusi, la amatori, mastile cu pernite care amortizeaza loviturile prin marirea timpului loviturii. Castile in hochei, cursele auto, pompieri, motociclism au curele si arcuri in interior care in cazul ciocnirii maresc timpul de aplicare a fortei reducind efectele acesteea. Tetierele din automobile la scaune servesc si pentru o ciocnire din spate a acestuia si protejarea gitului pasagerului.

Fringhiile cataratorilor sint elastice pentru a amortiza caderea pe o anumita inaltime la pierderea prizei. Aceste fringhii sint mentinute mereu in urcare la o lungime corelata cu elasticitatea fringhiilor. Cind cataratorul pierde priza si cade aceasta cadere este oprita de fringhii. La capatul fringhiiei daca nu am avea aceasta elasticitate forta rezultata din impuls ar fi foarte mare. Elasticitatea fringhiei mareste timpul impulsului si reduce forta.

In sporturile de lovire a mingiei volei, tenis, oina besbol, etc, pentru a marii precizia returului cei mai multi jucatori "conduc" mingea la lovire marind timpul ciocnirii si reducind fortele. Pentru spectacol este chiar interzisa cind este evidenta aceasta "conducere". Daca batul, racheta sau mainile se rotesc scurt si repede in timpul lovirii creste viteza de raspuns, aceasta deoarece o parte din viteza de rotire se transmite mingiei. Cea mai reusita lovitura ca viteza de raspuns este este sa conduci mingea cu o forta cit mai mare si sa efectuezi si scurta rotire in timpul lovirii.

Baloanele de apa-sapun sunt foarte greu de oprit fara sa se sparga. Oprirea se realizeaza cu bratul intins si purtind balonasul un timp mare pe un metru sau chiar mai mult pentru a nu se sparge datorita impulsului mare.

Un ou poate fi prins cu o foaie de pat, cuvertura sau asternut, cearceaf etc. Aruncatorul tinteste mijlocul foii si prinzatorii o tin relativ intinsa. Putin sesizabila, diferenta de timp pentru ciocnire dintre un perete si foaia de pat, este suficienta sa pastreze oul intact.  

Efectul sarituri-revenirii din ciocnire

Nu tocmai rare sint ciocnirile elastice. Acestea provoaca pentru un obiect intoarcerea cu aceeasi viteza sau daca este semielastica cu o viteza mai mica asa cum s-a discutat anterior in Lectia 1. S-a spus ca la revenire are loc o schimbare mare de viteza.

Chiar cind ciocnirea este total plastica, obiectul nu revine deloc avem o schimbare mare de forta si moment, dar totdeauna mai mica decit in ciocnirea elastica sau semielastica.

Saritura dupa ciocnire sau revenirea, cind se petrece pe aceeasi directie, este foarte importanta in accidentele de automobil. In functie de masa si constructia fiecaruia in accident automobilele pot sari, opri impreuna sau merge impreuna intr-un sens. Corpul uman este relativ liber in automobil pentru confort, exceptind centura de siguranta, si in caz de accident tinde sa pastreze starea de miscare a automobilului. Foarte, foarte scurt timp dupa ciocnirea automobilului corpul pasagerului se deplaseaza pe distanta foarte scurta neocupata din interior, pina la parbriz, si se cicneste violent de partile din fata.  bigger force. Pentru a se reduce fortele de lovire, se mareste timpul de ciocnire prin diverse obstacole puse in fata corpului, forma acestor obstacole. Daca automobilul ar sarii inapoi atit momentul cit si impulsul ar creste in valoare si atunci este de preferat ciocnirea inelastica , plastica care reduce impulsul. Limita maxima de reducere a acestuia este chiar la valoarea momentului avut inainte de accident si este dat de viteza avuta. Deliberat, prin conceptie, automobilele prezinta zone tampon de sfarimare care sa faca ciocnirea automobilului neelastica de la 2mv la mv. Apoi se iau masuri suplimentare pentru pasageri spre reducerea lui mv spre zero "0". Deci caroseria reduce efectul sariturii din ciocnire iar airbagul si centura reduc efectul impulsului ramas pentru o ciocnire neelastica.   

Spre Lectia 2