让物体以35至45英里/小时的速度行驶

我正在做一个模拟车祸的项目，有一个立方体块，上面有传感器撞到墙上。该物体位于安装在直线轴承上的3米轨道上，以减少摩擦。

因此，这个物体需要以一定的速度行进，并且它会影响坚固的墙壁（在该撞击中减速约为40G）。这种影响是我录制的。

我的问题是，我怎样才能让这个物体以那种速度行进？（大约35到45英里每小时，如果我的数学没有错）

让我们说我们想要40英里/小时（因为我甚至没有足够的信息来证明它会给你40 G）。正如奥林所提到的，。$40 MPH \approx 18 m/s$

我觉得在这种情况下，春天将是你最好的选择。我们希望它在3米路径末端以18米/秒的速度行驶。弹簧中的势能是： 其中K是弹簧常数，x是弹簧位移。我们想将其与获得18 m / s所需的动能进行比较。这由下式给出： 其中m是物体的质量，v是物体的速度。如果我们想要使用弹簧中的所有势能来移动块，我们可以将它们等同起来： 然后取消一些术语和重新排列：使用v = 18 m / s和x = 3 m：

$$PE = \frac{1}{2} K x^2$$ $$KE = \frac{1}{2} m v^2$$ $$\frac{1}{2}K x^2 = \frac{1}{2}m v^2$$ $$\frac{v^2}{x^2} = \frac{K}{m}$$ $$\left(\frac{18}{3}\left[\frac{1}{s}\right]\right)^2 = \frac{K}{m}$$ 简化并重新排列一点： 所以如果你的质量是10公斤，那么你需要一个弹簧常数为的弹簧 $$36 \left[\frac{1}{s^2}\right]\cdot m = K$$ $$K = 36 \left[\frac{1}{s^2} \right] \cdot 10 kg = 360 \left[\frac{N}{m}\right]$$

如果你不想让它在弹簧上移动整整3米，你可以玩春天的长度。显然，您也可以根据实际情况调整质量。你可以选择张力或压缩弹簧; 无论你觉得哪种方式在你的设置中效果最好。

首先，从使用一致的单位开始。40英里/小时是18米/秒。对于稳定加速，从0开始的平均速度因此是9m / s。你有3米的加速距离，所以加速时间是⅓秒。这意味着加速度为54 m / s ²。那大约是5½g。需要多少力和能量取决于正在加速的质量。请注意，这包括加速质量所在的任何东西，如轨道上的雪橇。

你还没有说过物体的质量，所以我会选择10公斤来看看它需要什么。最终的动能是：

   E = 1 / 2m V ² = 1/2（10kg）（18m / s）² = 1.6kJ

由于需要超过1/3秒，所需功率为4.9千瓦。合适的电动马达可以做到这一点，但气动活塞之类的东西可能更容易。

另一个选择是让重力加速，如果你没有完全卡住3米的水平轨道。在地球上1g重力下，16.5米的落差导致18米/秒的终端速度，需要1.8秒。这个16.5米的跌落不需要直线下降。

如果你可以安排一条向下倾斜的轨道，总落差为17米，底部可能有一个小的直线跳动部分，很多事情变得更简单。加速度与质量无关。没有什么需要调整，因为或多或少会堆积在雪橇上。无论如何，你仍然需要提供能量。但是，现在你通过将雪橇提升到顶部来提供它。这不需要做得那么快，所以你可以用你愿意等待的时间来权衡权力。由于起重系统不会在碰撞中进入，因此机械上也更容易。它可以像电缆和曲柄一样简单，顶部有某种释放机制。

你不能真正计算两个刚性物体的G力，因为碰撞几乎是一个三角函数。如果你想模拟车内驾驶员的力量，那么你必须在汽车前部坍塌时模拟减速率 - 这在很大程度上取决于整车设计。作为历史记录，沃尔沃早在六十年代和七十年代就开始播放广告，显示他们的车首先从车顶下垂，并在撞到地面后保留基本车架形状。这对于刚性来说是很好的，但是之后每个人都意识到这只是将峰值脉冲减速直接传递给了乘员。在此之后，汽车的设计经过修改，通过将前端完全摧毁到防火墙来尽可能多地耗散能量。这大大降低了乘客舱的峰值G力。

所以，回到你的街区到墙上的实验：除非你的街区是可折叠的，否则你将会做20世纪70年代的沃尔沃事情。您可能希望根据此修改您的实验。