Calculadora de fuerza de impacto
Calcula la fuerza media cuando un objeto en movimiento o que cae se detiene. Introduce la masa, la altura de caída o la velocidad de impacto, y cuánta distancia o tiempo tarda en detenerse. Obtendrás la fuerza en newtons, libras-fuerza y kilogramos-fuerza, la fuerza g, la energía absorbida y una tabla que muestra cuánto reduce la fuerza un acolchado.
Última actualización:
Cuánto recorre mientras frena: aplastamiento del acolchado, zona de deformación, rodillas dobladas
Cómo usar Calculadora de fuerza de impacto
- Introduce la masa del objeto y elige su unidad.
- Elige altura de caída o velocidad de impacto e introduce el valor.
- Indica cómo se detiene: la distancia de frenado (cuánto se aplasta o se desliza) o el tiempo de frenado.
- Lee la fuerza media, la fuerza g y la energía.
- Consulta la tabla para ver cómo una distancia de frenado mayor reduce la fuerza.
Fórmulas de la fuerza de impacto
- Velocidad tras una caída: v = √(2gh), con g = 9.80665 m/s² (sin resistencia del aire).
- Energía cinética: KE = ½mv².
- A partir de la distancia de frenado (trabajo-energía): F = ½mv² ÷ d.
- A partir del tiempo de frenado (impulso-cantidad de movimiento): F = mv ÷ t.
- Conversión entre ambas (desaceleración constante): d = v × t ÷ 2. Fuerza g: a ÷ g = F ÷ (m × g).
Ejemplo resuelto: un huevo (60 g) cae 2 m sobre 5 cm de acolchado. Velocidad v = √(2 × 9.81 × 2) = 6.26 m/s, energía = ½ × 0.06 × 6.26² = 1.18 J, fuerza = 1.18 ÷ 0.05 = 23.5 N, unas 40 g. Sobre un suelo duro que cede 2 mm, el mismo huevo sentiría unos 588 N, 25 veces más.
Referencia de velocidad y energía en caída libre
Velocidad alcanzada tras una caída (sin resistencia del aire) y energía de un objeto de 1 kg:
| Altura de caída | Velocidad de impacto | Velocidad (mph) | Energía para 1 kg | Fuerza para 1 kg detenido en 1 cm |
|---|---|---|---|---|
| 0.5 m (1.6 ft) | 3.13 m/s | 7.0 | 4.9 J | 490 N |
| 1 m (3.3 ft) | 4.43 m/s | 9.9 | 9.8 J | 981 N |
| 2 m (6.6 ft) | 6.26 m/s | 14.0 | 19.6 J | 1,961 N |
| 5 m (16.4 ft) | 9.90 m/s | 22.2 | 49.0 J | 4,903 N |
| 10 m (32.8 ft) | 14.0 m/s | 31.3 | 98.1 J | 9,807 N |
Formas de reducir la fuerza de impacto
- Aumenta la distancia de frenado: la espuma, los muelles, las zonas de deformación y las superficies blandas reparten el frenado en más distancia.
- Aumenta el tiempo de frenado: las bolsas de aire y los embalajes acolchados frenan el objeto durante más milisegundos.
- Reduce la velocidad: la energía crece con el cuadrado de la velocidad, así que reducir la velocidad a la mitad deja la energía en una cuarta parte.
- Reparte la fuerza: una superficie de contacto mayor reduce la presión aunque la fuerza total sea la misma.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula la fuerza de impacto?
La fuerza de impacto depende de lo rápido que se detiene el objeto. Con una distancia de frenado d, la fuerza media es F = ½mv² ÷ d (la energía cinética dividida entre la distancia). Con un tiempo de frenado t, F = mv ÷ t (la cantidad de movimiento dividida entre el tiempo). La velocidad tras una caída desde una altura h es v = √(2gh).
¿Cuál es la fuerza de impacto de un objeto que cae?
Depende tanto de la distancia de frenado como de la altura. Un objeto de 2 kg que cae desde 1.5 m alcanza 5.42 m/s y tiene 29.4 J de energía. Si se detiene en 2 cm, la fuerza media es 29.4 ÷ 0.02 ≈ 1,470 N (unas 330 lbf); sobre un cojín de 10 cm es solo de unos 294 N.
¿Por qué no puedo calcular la fuerza de impacto solo con la masa y la altura?
Porque la fuerza depende de cómo se detiene el objeto. La misma caída produce una fuerza enorme sobre hormigón (un frenado de uno o dos milímetros) y una fuerza pequeña sobre una colchoneta de espuma (varios centímetros). La masa y la altura dan la energía y la velocidad, pero también necesitas la distancia o el tiempo de frenado.
¿Qué relación hay entre la fuerza g y la fuerza de impacto?
La fuerza g es la desaceleración dividida entre la gravedad estándar (9.80665 m/s²). También es igual a la fuerza de impacto media dividida entre el peso del objeto, así que un impacto de 20 g significa que la fuerza de frenado es 20 veces el peso del objeto.
¿El resultado es la fuerza máxima?
No, es la fuerza media durante el frenado, suponiendo una desaceleración constante. Los impactos reales suelen aumentar y disminuir, así que el pico puede ser bastante mayor que la media; por eso los ingenieros miden los impactos con sensores cuando es importante.
¿Cómo reducen la fuerza de impacto los acolchados y las zonas de deformación?
Aumentan la distancia y el tiempo de frenado. Como la fuerza es igual a la energía dividida entre la distancia de frenado, duplicar la distancia reduce a la mitad la fuerza media. Esa es la idea de los cascos, las bolsas de aire, las colchonetas, la espuma de embalaje y doblar las rodillas al aterrizar.
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