¿Que se quiere decir por Fuerza Promedio?
La fuerza neta externa sobre un objeto de masa constante obedece a la segunda ley de Newton, Fnet externa=ma. La forma mas directa de abordar el concepto de fuerza promedio es multiplicar la masa constante por la aceleración media, y de esta forma la fuerza media es un promedio sobre el tiempo. Otro método que es valioso para evaluar la fuerza de impacto en colisiones de alta velocidad es usar el impulso de fuerza. Cuando se golpea una pelota de golf con un palo, si se puede medir el momento de la pelota y medir tambien el tiempo de impacto, se puede dividir el cambio del momento por el tiempo en alcanzar la fuerza de impacto media. Esta fuerza media es tambien una media sobre el tiempo.
Hay, sin embargo, situaciones en las que la distancia recorrida en una colisión se mide fácilmente mientras que el tiempo de la colisión no lo es. En un caso como el de un accidente de coche contra un árbol, se puede medir la distancia de la colisión y usar el principio trabajo-energía para evaluar el promedio de la fuerza sobre la distancia. Tal promedio sobre la distancia no es igual que el tiempo promedio de la fuerza, pero a pesar de todo es útil en un caso como evaluar la sabiduría de usar su cinturón de seguridad en todo momento en su automóvil, porque sin él, su distancia de parada en una colisión será mucho más corta, y la fuerza media sobre ti mucho mayor.
En el ejemplo ilustrado arriba, una bola es llevada a descansar por impacto con un resorte. Esto proporciona una oportunidad para evaluar la fuerza promedio sobre el tiempo y la fuerza promedio sobre la distancia. Para hacer la comparación, se utiliza la naturaleza del movimiento armónico simple, y el tiempo para poner la bola en reposo es un cuarto de período del movimiento periódico. El movimiento elástico sigue la ley de Hooke con una constante de muelle k. El principio trabajo-energía también puede aplicarse, utilizando el hecho de que al detener la bola, la energía cinética se convertiría en energía potencial del muelle. Está claro que los dos enfoques para una fuerza media no son los mismos, aunque en este sistema físico son proporcionales.
Para proporcionar un ejemplo numérico, considérese una masa de 1 kg viajando a 10 m/s que golpea un muelle con una constante de fuerza k = 10 N/m. Este sistema tendría un período de oscilación natural de 1,99 segundos. Así que el tiempo para detener la masa sería de aproximadamente medio segundo y la fuerza promedio sobre el tiempo sería de 20,1 Newtons. Utilizando el principio de trabajo-energía para evaluar la distancia promedio da 15,8 Newtons.
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