törmäysvoimaa

Törmäysvoima kuvaa törmäyksen aikana kappaleiden väliseen kosketusvoimaan. Yleisesti puhutaan sekä keskimääräisestä törmäysvoimasta että hetkellisesti huiputtuvasta voimasta, jonka suuruus riippuu kahdesta tekijästä: liikemäärän muutoksesta ja törmäyksen kestosta. Peruskaava on F_avg = Δp/Δt, missä Δp on kappaleen liikemäärän muutos ja Δt törmäyksen kesto. Impulssi J on sama asia kuin Δp: J = ∫ F dt = Δp.

Newtonin kolmannen lain mukaan törmäyksessä kappaleille kohdistuu vastakkaiset voimat, ja voimat ovat yhtä suuret. Momentumia säilyy eristetty järjestelmässä; kineettinen energia ei kuitenkaan välttämättä säily. Elastisen törmäyksen tapauksessa sekä momentti että kineettinen energia voivat pysyä samana käytännössä, kun taas ei-elastisessa törmäyksessä suurempi osa kineettisestä energiasta muuttuu muodonmuutokseksi, lämmöksi ja ääniksi.

Törmäysvoimaan vaikuttavat massat ja nopeudet, materiaalien jäykkyys ja muodonmuutos sekä dissipatiiviset voimat. Lyhyempi kosketusaika Δt johtaa suurempaan keskimääräiseen törmäysvoimaan, kun liikemäärän muutos on sama. Pehmeämmät rakenteet ja vaimentimet, kuten turvavyöt, airbagit ja muut materiaalit, pidentävät kosketusaikaa ja pienentävät voiman huippuarvoa. Tämä periaate on keskeinen ajoneuvo- ja urheiluvarusteiden turvallisuudessa.

Sovellukset ja mittaukset: Törmäysvoimaa tarkastellaan muun muassa liikenneonnettomuuksissa, urheilussa ja rakenteiden suunnittelussa. Mittauksissa käytetään voimamittareita, kiihtyvyysmittareita ja törmäystarkasteluita sekä fysikaalista mallintamista impulssin ja liikemäärän lain perusteella. Törmäysvoima on keskeinen käsite klassisessa mekaniikassa ja teknisessä suunnittelussa.