Page 34 - 第三代半導體明日之星---碳化矽功率元件近況與展望

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從兩個質量的速度模型中，立 即能了解到它們即將相互碰撞，其 結果令人驚訝。我們首先計算兩個 移動質量的動能:
碰撞前全身的動能等於兩個 物體動能的代數和:
現在有必要計算撞擊後全身 的速度，其中兩個物體保持相互接 觸，其 公 式 如 下:
最後，計算全身在撞擊後的 動 能:
您會立即注意到碰撞前和碰 撞後全身之間的動能差異。在非 彈性衝擊中，動能(52.5J)的差異 轉化為變形量和熱量(隨之而來的 是臉部受到打擊的運動員之疼痛 與傷口)，這與保留動能的彈性衝擊 不同。插圖中的圖表顯示一拳的巨 大減速，僅持續0.03秒。衝擊力具 有毀滅性——大約400N，加速度 約為60g。幾秒鐘內超過6g的值會 造成極嚴重的後果，可能失去知覺 或死亡。無論如何，問題是非常複 雜的，現實中存在很多變數。下表 以一般的方式總結可能對身體造
圖4:非彈性衝擊的頭部出拳方法。
著陸的幾秒不等。也有必要考慮 物體的幾何形狀及結構，以驗證 究竟是彈性碰撞還是非彈性碰 撞，並評估對物體的影響以及衝 擊引起的相對減速度。實務上要 測量時，您可以使用具有非常高 「影格率」(frame rate)的特殊 相機，通常大於1,000fps。換句 話說，如果擊打一塊木頭、一塊鐵 板、一張臉或一塊海綿，衝擊力都 會有所不同。優秀的空手道武者能 以大於10m/s的速度移動拳頭，並 且能夠產生大於700kg/force的 破壞力。為了計算衝擊力，可以使
用以下公式:
在非彈性碰撞中，動量是恆定 不滅的，而動能則轉化成變形量及 熱量。我們可以將擊打運動員臉部 的一拳視為非彈性衝擊(參見圖4)。 假設之場景如下:
因此，測量的動能是:
• 衝擊前的系統動能:70J • 衝擊後的系統動能:17.5J
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非彈性衝擊
• 質量“A”(頭部):5kg
• 速度“A”:1m/s
• 質量“B”(對手的一拳):0.6kg • 速度“B”:15m/s