¿Cuánta fuerza se necesita para atrapar a una niña de 42 kg que cae desde cinco metros?

Si ignoramos la resistencia del aire, calcular la respuesta a tal problema es fácil.

La fórmula para calcular la velocidad de impacto es:

Velocidad = 2gh

Entonces, si un objeto de masa de 42 kg se dejó caer desde una altura de 5 m, entonces la velocidad justo antes del impacto es 9.8994949. La energía cinética antes del impacto es la misma que la energía potencial gravitacional antes de caer.

Sin embargo, esto por sí solo no nos permitirá calcular la fuerza del impacto.

Si suponemos que la distancia recorrida después del impacto es de aproximadamente 50 cm o 0,5 m, debido a la flexión de las rodillas y el balanceo del brazo para romper la caída, entonces, utilizando el principio de energía de trabajo, podemos calcular la fuerza del impacto.

Trabajo = 1/2 mv ^ 2 final – 1 / 2mv ^ 2 inicial

Una vez calculado, obtendremos una fuerza de impacto de 4116 newtons.

Convierta esto a kilogramo-fuerza y ​​obtendrá 419.72kgf.

Para una persona soltera promedio hacer esto sería increíblemente difícil, sería equivalente a que alguien coloque momentáneamente un peso de 420 kg en sus brazos.

Lo he visto hecho con un niño más ligero e incluso entonces, el niño rompió el agarre del hombre que la atrapó y cayó al suelo. No resultó herida debido a la desaceleración del hombre que intentaba atraparla.

Si alguien quiere ver el ejercicio, solo comente aquí y le responderé. Lo dejé fuera porque personalmente odio trabajar en respuestas.

Creo que necesitas una fuerza igual a la energía mecánica que obtendrá la chica.

Deje que la energía mecánica = Em
Energía cinética = Ek
Energía potencial = Ep

Entonces, Em = Ek + Ep

La altura desde la parte superior hasta la cabeza es de 5 metros. ¡No te saltes tu propia altura! Si eres un héroe de 6 pies (casi 1,83 metros), ¡atraparás a tu amado!
Mantenlo como está ..

Sabemos que si v es la última velocidad, u es la primera velocidad, g es la aceleración gravitacional, h es la altura, la ley de movimiento nos dice
v² = u² + 2gh

Calcule que su heroína está cayendo desde una posición estable (entonces u = 0)
Entonces obtenemos v² = 2gh
= (2 × 9.8 × 5) m²s-² = 98 m²s-²

Entonces Ek = .5 × m × v²
= .5 × 42 × 98 julios = 2058 julios

¡Espere! ¡Héroe!
Ep = 42 × 9.8 × 1.83 Julios
= 753.23 Julios
¿Toma esto? ¡Así es como puedes calcular cuánta energía potencial obtiene tu heroína cuando la atrapas!

Entonces suma esto con esos 2058 julios

Por lo tanto, necesita (2058 + 753.23) Julios = 2811.23 Julios para obtener su heroína. ¡Ve a atraparla!

La fuerza no es algo que puedas medir científicamente. No puedo decirte que “necesitas 7 unidades de fuerza para hacer esto”. Una cosa que puede medir es la cantidad de energía potencial y cinética que tiene la niña. Para atraparla, sus músculos deberán convertirlo en calor y otras formas de energía para que la niña se detenga.

La energía está dada por

[matemática] E = masa \ cdot altitud \ cdot 9.81 + 1/2 \ cdot masa \ cdot (velocidad inicial) ^ 2 [/ matemática]

En su caso, suponemos que ella comienza desde el punto muerto, por lo que la velocidad inicial es de 0 m / s. Esto deja solo la energía potencial, por lo que la cantidad total de energía que tendrá que enfrentar es 2060 J.

2200 J es aproximadamente la cantidad de energía liberada de medio gramo de TNT (fuente: Wolfram Alpha)

Si tienes el entrenamiento y todo lo que realmente quieres saber si puedes hacer esto, sin preocuparte realmente por la “energía” o la “ciencia”, te sugiero que trates de atrapar una bolsa o cualquier objeto inanimado de 45 kg que caiga desde 5 m primero antes tratando con esta chica Así que al menos estarás seguro de que eres lo suficientemente fuerte. Y asegúrate de que la chica esté conectada a algún tipo de mecanismo de seguridad si quieres probarlo de verdad, incluso si eres lo suficientemente fuerte, será diferente de atrapar que una bolsa.

No es posible, así que no lo intentes. Los hombres más fuertes en la tierra pueden ponerse en cuclillas alrededor de 1000 libras, pero esas dos piernas hacen el trabajo en un objeto perfectamente equilibrado. Una niña que cae es más como un peso muerto, pero se agita, si eso tiene sentido. Recuerde que debe atrapar a alguien con sus manos y brazos que no son tan fuertes. Una persona que intente este truco probablemente tararía un bisep y se rompería una muñeca. Sugiero las escaleras mi amigo.

Depende de qué tan rápido quieras detener la caída. Más rápido significa más energía (y tal vez más daño para la niña). ¿A qué altura tocas por primera vez a la chica que se cae?

Yo personalmente me acercaría para comenzar a ralentizarla lo antes posible. También me caería (yo mismo) para aumentar la distancia a la que aplico una fuerza contraria.

Peso = 42 × 9.8 Nt (o ahora es N)

Fuerza x distancia = energía

Será lo mismo que agarrar un objeto de 420 kg durante 0.1 segundos. No podrás sostenerla en tus brazos. Es mejor si ella cae sobre tu pecho y simplemente te caes. Tendrás moretones pero no más. Si cae sobre tierra suave, podría aterrizar sin ti con pequeños moretones en las piernas. En concreto, las lesiones serán peores pero aún no mortales.

En primer lugar, necesitarás energía.

E = m. g. h

Usando unidades SI:

E = 42 x 9.8 x 5 = 2,058 Julios

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