คำนวณโมเมนตัมของแรง การเปลี่ยนแปลงความเร็ว และแรงเฉลี่ยจากมวลและการเปลี่ยนแปลงความเร็วโดยใช้ทฤษฎีบทโมเมนตัมของแรง เครื่องคำนวณฟิสิกส์ฟรี
เครื่องคำนวณโมเมนตัมของแรงช่วยให้คุณคำนวณโมเมนตัมของแรงที่ส่งไปยังวัตถุได้ทันที — และหากคุณระบุช่วงเวลา ก็จะคำนวณแรงเฉลี่ยที่เกี่ยวข้องด้วย — โดยใช้ทฤษฎีบทโมเมนตัมของแรง ป้อนมวลของวัตถุ ความเร็วเริ่มต้นและความเร็วสุดท้าย และ (ตัวเลือก) เวลาที่การเปลี่ยนแปลงความเร็วนั้นเกิดขึ้น เครื่องคำนวณจะให้ค่าโมเมนตัมของแรง (J = mΔv) และแรงเฉลี่ย (F = J/Δt)
โมเมนตัมของแรงอธิบายผลสะสมของแรงที่กระทำตามเวลา และเทียบเท่าทางคณิตศาสตร์กับการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมที่วัตถุประสบ ความเทียบเท่านี้ — ทฤษฎีบทโมเมนตัมของแรง — เป็นหนึ่งในแนวคิดที่มีประโยชน์ในทางปฏิบัติมากที่สุดในกลศาสตร์คลาสสิก เพราะมันอธิบายว่าทำไมการเปลี่ยนแปลงความเร็วเดียวกันจึงรู้สึกแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงขึ้นอยู่กับว่ามันเกิดขึ้นเร็วแค่ไหน: รถที่ชนกำแพงด้วยความเร็ว 50 กม./ชม. และหยุดใน 0.1 วินาที จะสร้างแรงที่มากกว่ารถคันเดียวกันที่ชะลอความเร็วจนหยุดใน 5 วินาทีโดยใช้เบรกมาก แม้ว่าการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมจะเท่ากัน
เครื่องคำนวณนี้มีประโยชน์ในหลายบริบท: นักเรียนฟิสิกส์ใช้เพื่อแก้ปัญหาการชนและการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม วิศวกรความปลอดภัยใช้เพื่อเข้าใจว่าถุงลมนิรภัย โซนยุบตัว และเบาะรองลดการบาดเจ็บอย่างไรโดยการขยายเวลากระแทก และนักวิทยาศาสตร์ด้านกีฬาและโค้ชใช้เพื่อวิเคราะห์เทคนิคเช่นการตามสวิงต่อหรือ 'ยอม' ต่อการกระแทกเพื่อควบคุมแรง
ลูกเบสบอลที่มีมวล 0.145 กก. ถูกตีด้วยไม้ตี ทำให้ความเร็วเปลี่ยนจาก 0 m/s เป็น 40 m/s ในเวลาประมาณ 0.7 มิลลิวินาที (0.0007 s) โมเมนตัมของแรงคือ J = 0.145 × (40 - 0) = 5.8 N·s แรงเฉลี่ยที่ไม้ตีกระทำต่อลูกบอลระหว่างการสัมผัสคือ F = 5.8 / 0.0007 ≈ 8,286 N — แรงมหาศาลแต่กระทำเพียงช่วงสั้นๆ
ค่าโมเมนตัมของแรงที่เครื่องคำนวณนี้สร้างขึ้นแสดงถึง 'แรงผลัก' รวมที่ส่งไปเพื่อเปลี่ยนโมเมนตัมของวัตถุ — ขนาดที่มากขึ้นหมายถึงการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ที่มากขึ้น ไม่ว่าจะมาจากแรงที่แข็งแกร่งขึ้น ระยะเวลาที่นานขึ้น หรือทั้งสองอย่าง เมื่อคุณให้ช่วงเวลาด้วย แรงเฉลี่ยจะบอกคุณว่าแรงผลักนั้นรุนแรงเพียงใดในแต่ละช่วงเวลา สังเกตในตารางอ้างอิงว่าสถานการณ์ที่แตกต่างกันมาก — การเสิร์ฟเทนนิสที่นุ่มนวลเทียบกับการปล่อยจรวด — ครอบคลุมหลายลำดับขนาดในโมเมนตัมของแรง แม้ว่าฟิสิกส์พื้นฐาน (J = mΔv) จะเหมือนกัน หากแรงเฉลี่ยที่คำนวณได้ดูเหมือนใหญ่อย่างน่าประหลาดใจ ให้ตรวจสอบช่วงเวลาของคุณ — การชนในโลกแห่งความเป็นจริงมักเกิดขึ้นในมิลลิวินาที และแม้แต่การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมที่พอประมาณหารด้วย Δt ที่เล็กมากก็สร้างแรงที่ใหญ่มาก — นี่คือเหตุผลที่แท้จริงว่าทำไมการกระแทกที่สั้นและกะทันหันจึงสร้างความเสียหายมากกว่าการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเดียวกันที่กระจายในช่วงเวลาที่ยาวนานกว่า
ป้อนมวลของวัตถุ ความเร็วเริ่มต้นและความเร็วสุดท้าย และช่วงเวลาที่ความเร็วเปลี่ยนแปลง — เครื่องคำนวณจะคำนวณโมเมนตัมของแรงโดยใช้ J = mΔv และแรงเฉลี่ยโดยใช้ F = J/Δt
| สถานการณ์ | โมเมนตัมของแรง |
|---|---|
| ลูกเทนนิสที่ถูกตีด้วยการเสิร์ฟ | 3 N·s |
| ลูกเบสบอลที่ถูกตีด้วยไม้ตี | 6 N·s |
| หมัดชกกระสอบทรายหนัก | 15 N·s |
| รถชนกำแพงด้วยความเร็วปานกลาง | 8,000 N·s |
| โมเมนตัมของแรงเครื่องยนต์จรวดขณะปล่อยตัว | 5,000,000 N·s |