例1:安全气囊的缓冲原理
题目:一辆汽车以 10m/s 的速度行驶,撞墙后停止。若没有安全气囊,头部与仪表盘接触时间为 0.01s;若有安全气囊,接触时间延长至 0.1s。假设头部质量为 5kg,求两种情况下头部受到的平均冲击力。
解析:
取汽车运动方向为正方向。
初动量 p₁ = mv = 5 × 10 = 50 kg·m/s
末动量 p₂ = 0
动量变化 Δp = p₂ - p₁ = -50 kg·m/s
无气囊时:
由 F·t = Δp 得 F₁ = Δp / t₁ = -50 / 0.01 = -5000 N
有气囊时:
F₂ = Δp / t₂ = -50 / 0.1 = -500 N
结论:安全气囊通过延长作用时间,将冲击力减小到原来的 1/10,从而保护人体。