Impuls – kraft over tid
Kraft og endring i momentum
moodboard / Getty Images
Kraft brukt over tid skaper en impuls, en endring i momentum. Impuls er definert i klassisk mekanikk som en makt multiplisert med hvor lang tid den virker over. I kalkulus kan impulsen beregnes som integralet av kraft med hensyn til tid. Symbolet for impuls er J eller Imp.
Kraft er en vektormengde (retningen betyr noe) og impuls er også en vektor i samme retning. Når en impuls påføres et objekt, har det en vektorendring i dets lineære momentum. Impuls er produktet av den gjennomsnittlige nettokraften som virker på et objekt og dets varighet. J = F̅ D t
Alternativt kan impuls beregnes som forskjellen i momentum mellom to gitte tilfeller. Impuls = endring i momentum = kraft x tid.
Impulsenheter
SI-enheten for impuls er den samme som for momentum, Newton-sekunden N*s eller kg*m/s. De to leddene er like. Engelske ingeniørenheter for impuls er pund-sekund (lbf*s) og slug-foot per sekund (slug*ft/s).
Impuls-momentum-teoremet
Dette teoremet er logisk ekvivalent med Newtons andre lov om bevegelse : kraft er lik masse ganger akselerasjon , også kjent som kraftloven. Endringen i momentum til et objekt er lik impulsen som påføres det. J = D s.
Denne teoremet kan brukes på en konstant masse eller på en skiftende masse. Det er spesielt relevant for raketter, hvor massen til raketten endres etter hvert som drivstoff brukes for å produsere skyvekraften.
Kraftimpuls
Produktet av gjennomsnittlig kraft og tiden den utøves er kraftimpulsen. Det er lik endringen av momentum til et objekt som ikke endrer masse.
Dette er et nyttig konsept når du studerer slagkrefter. Hvis du øker tiden kraftendringen skjer, reduseres også slagkraften. Dette brukes i mekanisk design for sikkerhet, og det er også nyttig i sportsapplikasjoner. Du ønsker å redusere støtkraften for en bil som treffer rekkverk, for eksempel ved å designe autovernet til å kollapse samt designe deler av bilen til å krølle sammen ved sammenstøt. Dette forlenger tiden for støtet og dermed kraften.
Hvis du vil at en ball skal drives videre, vil du forkorte slagtiden med en racket eller balltre, og øke slagkraften. I mellomtiden vet en bokser å lene seg bort fra et slag, så det tar lengre tid å lande, noe som reduserer støtet.
Spesifikk impuls
Spesifikk impuls er et mål på effektiviteten til raketter og jetmotorer. Det er den totale impulsen som produseres av en enhet av drivmiddel etter hvert som den forbrukes. Hvis en rakett har en høyere spesifikk impuls, trenger den mindre drivmiddel for å oppnå høyde, avstand og hastighet. Det er ekvivalenten med skyvekraften delt på drivstoffets strømningshastighet. Hvis drivmiddelvekten brukes (i Newton eller pund), måles spesifikk impuls i sekunder. Det er ofte slik rakettmotorytelse rapporteres av produsenter.