碰撞过程冲力的测量及其应用

发布时间：2021-06-14 02:07

　　碰撞过程产生的冲力具有瞬时和突变的特点,并存在于生产生活各个方面,受到人们关注。通过基于传感器的实时动态数字采集系统测量两物体发生正碰时冲力及物体速度的实时变化,利用动量守恒定理验证冲力测量的准确性。以此为基础,测量、比较了同等条件下,不同品牌、不同材质外壳的移动电源在碰撞过程受到的最大冲力。实验证明平均冲力并不能反映最大冲力的大小,在进行外壳设计时,应考虑最大冲力,以优化结构设计。 

【文章来源】：实验室科学. 2020,23(02)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

图1 两物体碰撞示意图

由图2发现,小车先沿斜面向下做匀加速直线运动,在2.988s速度变化开始变缓,加速度变小;3.087s后速度锐减,而在3.147～3.186s时间内(图2插入图的虚线区域)呈现反向速度增加趋势变缓并于3.166s达到最大,而后反向速度变小。虚线过程意味着在这段时间内物体A所受到冲力较小,且物体A的加速度方向发生改变。可见碰撞过程发生于t1=2.988s和t2=3.186s之间,碰前及碰后瞬间小车的速度分别为v1=0.42m/s,v2=-0.19m/s,可见碰撞前后小车的动量变化了Δp=m(v2-v1)=-0.51kg·m/s。图3 冲力随时间变化曲线

图2 速度随时间变化曲线在图3中,可以观察到小车A与物体B之间冲力的变化情况,从图中可见其大小随时间非线性变化,同时,在图3虚线区域发现冲力骤然变小且变化趋势变缓,验证了图2插入图虚线部分的速度变化情况,而冲力虚线区域的时间相对于速度略有不同是由于两种传感器采集频率及反应时间不同造成。利用origin软件直接求得t1和t2之间曲线面积为0.5015N·s,也就是碰撞过程中小车受到的冲量的大小I,其方向与v1相反,其大小与A车动量变化量的百分误差,可见,碰撞过程中遵守动量守恒定理,所测得冲力结果较为正确。

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本文编号：3228833