这个问题需要一定的实验支持,因为不同直径的钢球在水中的速度和力的大小不同,因些需要对指定大小的球作水流实验得到实验数据。
大致的思路是:以球为参照物,在球下落的过程中水的流速会越来越大,当水的冲力为钢球的重力时,钢球就会匀速下落。以钢球为参照时就是水流的速度恒定不变了。
根据公式:F=F静√(1-v球/v水)
F静是指球在流动的水中静止时受有水的冲力大小,F则是球沿水流方向运动时随着速度的不同所受的即时的力的大小。
在这个例子中,因为球上由静止开始下落,因此静止时就是球的速度与水流速度相等的时候,F静则是球相对水的速度恒定不变的时候的力。显然F静=球的重力-浮力。
实验时就是测量出球相对水的速度是多少的情况下受的冲力等于球的重力-服力。
至于冲力的问题更复杂一些,因为F=ma,因此冲力的大小要看碰撞面的弹性情况,也就是碰撞发生的过程长短,如果碰撞面弹性好有足够的缓冲时间,那么冲力就会很小,要是碰撞面的硬度高,刚性强,则碰撞时的冲力就会非常大。碰撞过程的力的变化是非线性的,因此我们通常都是按平均加速度来计算,因为速度总是从碰撞前的速度降低到0,所以把力的公式就可以写成F=mv/t,其中的t是碰撞经历的时间,mv则单独起了一个名称叫动量。显然,当物体的质量和速度确定后,影响力的大小的就是碰撞经历的时间了。从高空落下一个鸡蛋,如果有足够的缓冲时间,鸡蛋就不会摔碎。因此自由落体碰到撞击面时的力与撞击面的性质有很大的关系,与形状的关系并不大,形状最多影响的是力的分解,但是如果前提是正碰撞,就不存在力的分解问题了。
由于惯性的存在,速度极高的物体碰撞时,通常因为碰撞点以外的地方的惯性,只有碰撞点受的力最大。比如高速的子弹穿过玻璃时,只有子弹穿过的地方破碎,其他地方可能会完好无损。这个时候与碰撞面的形状关系并不大。(刚化玻璃除外,刚化玻璃会因内应力的失衡而在子弹穿透后整块玻璃紧接着也发生碎裂)。
对于凹面来说,承受力的能力要小一些,比如鸡蛋壳在外面向内用力时不容易破裂,但是从内向外用力时则很容易破裂,所以小鸡可以轻易的从内部啄破蛋壳。
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