La fuerza ggg de los objetos comunes que golpean el suelo.

En el trabajo de mi amigo tienen un acelerómetro que mide la fuerza con la que ciertos objetos golpean el suelo. Afirma que desde cuatro pies de altura, los teléfonos celulares golpean una superficie sólida de metal con un gramo -fuerza de más de 2000. ¿Es esto correcto? Parece que ese número es demasiado alto.

Entiendo que gramo -la fuerza se calcula mediante (aceleración en m/s 2 )/9,8. Supongo que si un objeto se desacelera instantáneamente tendría una muy alta gramo -fuerza. Sin embargo, ¿es 2000 un número legítimo? Simplemente parece extremadamente alto.

Hola, piensa en la velocidad que tendría el teléfono cuando golpeara el suelo, busca las ecuaciones de movimiento de newtons en wiki. Use esas ecuaciones para estimar la aceleración (no soy inteligente con usted, pero la aceleración es más o menos, no hay una palabra real como desaceleración en física). Luego divide por g para obtener la fuerza g. Y rebotará, no se detendrá al instante. Saludos
como una extensión de lo que dice @irishphysics, dado un número para la aceleración, como 2000 gramo , otro enfoque que puede hacer es estimar la velocidad con la que la cosa golpea el piso y luego convertir esa velocidad, y su aceleración conocida, en un tiempo de impacto. Y luego puedes convencerte de si esto es razonable o no.
Esto podría interesarle en YouTube, Col John Stapp Takes -47g: youtu.be/s4tuvOer_GI
Gracias por toda la informacion, chicos. Estoy tratando de ver si puedo replicar esto programáticamente a través de una aplicación de Android. Descargué algunos del mercado, pero solo se muestran hasta 4 g cuando dejo caer mi teléfono al suelo (estoy seguro de que solo lo hago desde 2 pies o se me sale la batería, además no quiero arruinar mi teléfono). Yo mismo escribí una pequeña aplicación para verificar el acelerómetro de mi teléfono (Galaxy S4) y su rango máximo es de 20 m/s^2 con una resolución de 6x10^-4 m/s^2, así que creo que debería ser suficiente para probar esto. ¡Les dejaré saber lo que se me ocurre!
Estoy seguro de que HTC, Sony, Lumina, etc... todos prueban para este tipo de clasificación de impacto, de lo contrario sus cosas no se venderían, solo me preguntaba cuáles son sus límites aceptables... aunque por experiencia personal, es mejor que dejar caer su teléfono en el baño ... no hay respuesta allí ... suspiro ... la mejor de las suertes con la aplicación
@irishphysics: ese Stapp era un tipo loco. Globos oculares sangrantes para la ciencia. Guau.
@user3302828 si el acelerómetro interno solo llega a 20 m/s 2 simplemente verá que se corta, y dependiendo de la frecuencia de muestreo (y el circuito de filtrado analógico asociado), tendrá dificultades para obtener una lectura precisa del tiempo de impacto. El tiempo que tarda el sonido/la presión en recorrer la longitud del teléfono también se convierte en un factor potencialmente significativo...
@Floris sí, ¿y todo eso para qué? Nada que realmente necesitaran saber o que no pudieran descifrar usando un maniquí de prueba. Un poco fuera de tema, pero esta es la última generación de pilotos de combate humanos, los drones y su resistencia a las altas fuerzas g son el futuro.
@Floris Tiene razón, la aplicación parece recortarse: la fuerza g más alta que puedo medir es ~ 4 g. Estoy tomando los valores del acelerómetro del teléfono (para los ejes x, y y z en unidades SI) y dividiendo cada uno por la fuerza de la gravedad para obtener el valor ag. Luego elevo cada valor al cuadrado y saco una raíz cuadrada de la suma de los cuadrados. Esto parece exacto ya que un teléfono colocado sobre una superficie plana lee 1 g usando este método. Desafortunadamente, con el rango de 20 m/s^2, no estoy seguro de qué más hacer. Puedo tomar lecturas rápidas (1 cada 0,008 segundos). ¿Podría esto ayudar de alguna manera? ¡Perdón por las preguntas de novato!
Debe encontrar una forma de estimar la fuerza máxima: el acelerómetro incorporado no es bueno para eso en las alturas que está utilizando. Pero podría intentar caer desde una altura muy pequeña (solo unos pocos mm) y luego escalar el resultado. Si repite varias veces para algunas alturas muy bajas y traza el resultado, es posible que tengamos algunos datos reales con los que trabajar, siempre mejor que la especulación.
Ok, entonces la aplicación no funcionó. Estaba extrayendo datos lo más rápido que podía, pero los resultados eran demasiado inconsistentes. Intenté dejarlo caer desde una altura de 1,5 pulgadas y aislar el vector y, pero incluso eso produciría 2,5 g en una ejecución y 1,1 g en otra. ¡Supongo que la conclusión es no usar un acelerómetro de Android para las pruebas de impacto!
@floris, otro video de youtube que cayó desde 100 pies, aunque con una cubierta protectora, cayó sobre la grava, pero creo que puede equiparar esto con la pregunta OP youtube.com/watch?v=TcbyrkzhIXI

Respuestas (2)

calculo actualizado

Como regla general, la "fuerza g" de un impacto es la relación entre la distancia de la caída y la distancia que tomó para dejar de caer. Esto se basa en un simple argumento de trabajo realizado: F 1 Δ X 1 = F 2 Δ X 2 , y por supuesto F = metro ⋅ a . Este enfoque es el mismo que se usa en este artículo que describe un experimento de Mythbusters de 'gota de plástico de burbujas' . Puede haber un factor 2 dependiendo de si asume una fuerza de desaceleración constante (plástico de burbujas aplastante) o una desaceleración elástica (donde la fuerza aumenta con el desplazamiento).

Estimo que cuando un teléfono cae sobre una superficie dura, se distorsiona alrededor de 0,2 mm, según la observación de la pequeña abolladura en la esquina cuando mi esposa, de hecho, dejó caer su teléfono. Pero vea el video a continuación para una distorsión mucho mayor ...

Tomando la proporción 1200 metro metro 0.2 metro metro ≈ 6000 gramo - lo que significa que sus 2000 g es un número razonable.

Encontré un video en cámara lenta de un iPhone rompiéndose: muestra que la distancia sobre la cual se mueve/distorsiona es significativamente mayor de lo que calculé, por lo que las fuerzas g serán menores:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Fuente de la imagen

Cuando coloca su iPhone en un estuche que proporciona incluso un par de mm de "cedencia" durante una caída, las fuerzas g serán mucho más bajas y mejorará significativamente las posibilidades de sobrevivir a una caída en una superficie dura.

Gran respuesta (votaría a favor si pudiera). Aprendí varias cosas aquí: 1) El acelerómetro de Android simplemente no es útil en este escenario. No fue creado para pruebas de choque, e incluso en su sondeo de datos más rápido, los resultados pueden ser muy inconsistentes. Por ejemplo, a 1,5", la lectura de una gota puede dar como resultado un pico de 2,5 g, mientras que la siguiente puede dar como resultado un pico de 1,05 g. Es demasiado inconsistente para usar en pruebas de impacto. 2) El término 'fuerza G' es un término que suena genial y que los novatos asociamos con los aviones de combate, pero las fuerzas g elevadas pueden generarse fácilmente mediante objetos comunes que caen desde alturas insignificantes.
Excelente resumen! Y sí, cuando el tiempo de impacto es corto en comparación con el tiempo de muestreo, los resultados serán muy inconsistentes. Esto se ve agravado por el hecho de que las ondas de estrés rebotan alrededor de su teléfono en estas escalas de tiempo. La última vez que medí eventos de alta tasa de tensión usamos un digitalizador de $150k (con cinta de papel para almacenar los datos... ¡Sí, esto fue antes de los disquetes!)

Usando una aplicación de acelerómetro, vi que dejar caer el teléfono sobre una manta solo hace que el teléfono golpee entre 6 y 8 g y no causa daño. Los humanos en los aviones de combate soportan estas fuerzas también sin daño, por lo que tiene sentido que se necesitarían miles de g para romperlo.

¿Por qué tiene sentido comparar humanos y teléfonos?
Es probable que su aplicación de acelerómetro incluya un filtrado significativo (para suavizado) y una tasa de muestreo bastante baja. Intente integrar el área bajo la curva; luego imagine que el impacto solo dura una fracción de milisegundo y averigüe qué pico da la misma integral...
La fuerza ggg de los objetos comunes que golpean el suelo.
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