Fig.1 のように、質量 m の剛体が、v 0 の一定速度で、運動しているとします。 剛体が、長さ L , 断面積 A の棒に衝突したとき、棒はどの程度たわむ(圧縮)ことになるか、求めてみようと思います。 ただし、棒自身の質量による、慣性力(静止していようとする慣性力)は無視するとします。また、剛体が、棒に衝突した瞬間から、剛体は棒と一体となって運動する(跳ね返りは無かった)ものとします。 剛体の運動エネルギーを、棒の弾性歪みエネルギーで、完全に吸収したとした(剛体の運動が静止し、棒のたわみ量が最大となった)と考えます。 剛体が速度 v 0 で運動している場合、剛体が持っている運動エネルギーは、 1 / 2 ⋅ ( m ⋅ v 0 2 ) バネ定数 k のバネが、x だけ縮むとき、その弾性歪みエネルギーは、 1 / 2 ⋅ ( k ⋅ x 2 ) ここで、棒の軸方向に荷重 F を加えた時の、たわみ量 x を求める式は、 x = ( F ⋅ L ) / ( A ⋅ E ) 上式を、F= となるように整理すると、 F = ( ( A ⋅ E ) / L ) ⋅ x となる。 上式と、フックの法則式 F = k ⋅ x を比較すると、ちょうどバネ定数 k に相当する部分がわかる。よって、長さ L , 断面積 A , 縦弾性係数 E の棒を考えた場合、そのバネ定数 k は、 k = ( ( A ⋅ E ) / L ) となる。 よって、バネの弾性歪みエネルギーの式より、棒の弾性歪みエネルギーは、 1 / 2 ⋅ ( k ⋅ x 2 ) = 1 / 2 ⋅ ( ( ( A ⋅ E ) / L ) ⋅ x 2 ) 今、剛体の運動エネルギーを、棒の弾性歪みエネルギーで、完全に吸収したときを考えているので、 1 / 2 ⋅ ( m ⋅ v 0 2 ) = 1 / 2 ⋅ ( ( ( A ⋅ E ) / L ) ⋅ x 2 ) となる。 よって、棒の軸方向たわみ量 x は、 x = √( m ⋅ v 0 2 ⋅ L / ( A ⋅...
Comments