Warum erzeugt ein Körper mit kontinuierlicher Geschwindigkeit Kraft?

Viele weisen auf die Bedeutung der Reibung des Autos auf der Straße und die Notwendigkeit hin, in der realen Situation eine konstante Kraft aufzubringen, um eine gleichmäßige Bewegung des Autos aufrechtzuerhalten.

Ich denke, das ist nicht der Punkt der Frage, ein Objekt (sagen wir ein Mikrometeoroid), das sich im Vakuum des Weltraums bewegt und auf eine "Wand" (sagen wir das Solarpanel eines künstlichen Satelliten) trifft, hätte keine wichtige Quelle für Reibung bis zum Zusammenstoß selbst und immer noch würde die Frage bestehen bleiben.

Die Sache ist, dass die Geschwindigkeitsänderung ab$v_0$(vor der Kollision) zu$0\; m/s$(wenn die Wand dich endlich aufhält) ist$\Delta v = 0-v_0=-v_0$und da die Beschleunigung im Durchschnitt die Geschwindigkeitsänderung zwischen den Wälzen ist$t_0$und Zeit$t_1$dann gibt es tatsächlich eine Beschleunigung$a_{average} = \Delta v/(t_0-t_1) = -v_0/\Delta t$. Die Sache ist, dass Sie nicht den Durchschnitt, sondern die Beschleunigung zu jedem bestimmten Zeitpunkt wünschen. Für jede Zeit vor und nach der Kollision ist das klar$a=0$wie Sie sagten, aber dann sollte die gesamte Beschleunigung (und damit die Kraft) während des Stoßes selbst auftreten.

In einer idealistischen Welt ist diese Bewegungsänderung augenblicklich ($\Delta t = 0$), so muss die Beschleunigung sein$a=\Delta v/ \Delta t = \infty$. Aber die Realität ist, dass sich Objekte zusammendrücken, wenn sie kollidieren (sowohl die Wand als auch das Objekt), was bedeutet, dass der Kontakt zwischen beiden (und damit die Wechselwirkung zwischen beiden) für eine Zeitspanne größer als Null stattfindet. Wenn sich das Objekt verformt und die Wand die kinetische Energie des Objekts absorbiert, belasten beide ihre Struktur durch Drücken, Biegen usw. Diese Kompression ist die Quelle einer reaktiven elastischen Kraft, die von der Wand ausgeht und im Moment am größten ist maximaler Kompression/Verformung und würde verblassen, wenn beide Objekte den Kontakt verlieren, bis die Kraft vollständig verschwindet, wenn sie sich voneinander lösen.

Daher ist die Berechnung der tatsächlichen Beschleunigung in einem realistischen Szenario äußerst kompliziert. Dazu müssen Masse und Materialeigenschaften des Impaktors und der Wand bekannt sein.

Ich würde mir das also so vorstellen, als würde der Impaktor auf eine Wand voller Federn zusteuern und dann auf sie prallen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Federn an der Wand extrem steif sind, so steif, dass man ihre Kompression und Ausdehnung nicht wirklich sieht. Das ist mehr oder weniger, was los ist. Aber warum wirkt die Wand wie eine Wand aus steifen Federn? Wegen der so wirkenden elektrischen Potentiale der Moleküle der Wand. Ich empfehle Ihnen, diese Antwort zu lesen , falls Sie diesen letzten Punkt vertiefen möchten.

Reibung und Luftwiderstand spielen keine Rolle.

Wenn ein Körper mit konstanter Geschwindigkeit relativ zur Wand durch den Raum rollt (keine Reibung und kein Luftwiderstand) und dann auf die Wand trifft, beschleunigt die Wand und das Auto wird langsamer, sodass beide beschleunigen.

F = dp / dt und wir erhalten F = mdv / dt, was gleich Ma ist. Immer wenn sich der Impuls ändert, wird der Körper gleichzeitig angewendet und erfährt die Kraft. Das ist das dritte Newton-Gesetz, das jetzt zu Ihrer Frage kommt OK Beschleunigung ist Null vor Kollision mit Wand, aber

während der Kollision ändert sich der Impuls wie folgt Endimpuls - Anfangsimpuls, der Mv (Impuls des Autos vor der Kollision) + 0 (Impuls der Wand / des Autos2) - Finale ergibt. Momentum (nehmen wir es als unelastische Kollision, sodass beide Autos anhalten) = dp jetzt während der Kollision ist dv / dt nicht Null, weil die v-Kontinuität abnimmt.

Annahme: Da Sie die Reibung nicht erwähnt haben, gehe ich davon aus, dass die Strecke reibungsfrei ist.

Die Beschleunigung a = 0 steht für die Bewegung des Autos, wenn die Wand nicht existiert, dh es wirkt keine äußere Kraft auf das Auto, die zu einer konstanten Geschwindigkeit führt. Wenn das Auto mit der Wand kollidiert, erfährt es eine Kraft, die seiner Geschwindigkeitsrichtung entgegengesetzt ist, was dazu führt, dass sich seine Geschwindigkeit über einen sehr kurzen Zeitraum verlangsamt. Diese Kraft ändert ihre Geschwindigkeit und bewirkt somit eine Verzögerung oder negative Beschleunigung. Die Beschleunigung des Autos nach der Kollision ist also nicht 0