التأثير (الميكانيكا)

في علم الميكانيكا ، يحدث التصادم عندما يصطدم جسمان . خلال هذا التصادم، يتباطأ كلا الجسمين. يُسبب هذا التباطؤ قوةً أو صدمةً عاليةً ، تُطبَّق خلال فترة زمنية قصيرة. عادةً ما تُلحق القوة العالية، خلال فترة زمنية قصيرة، ضررًا أكبر بالجسمين مقارنةً بقوة أقل تُطبَّق خلال فترة زمنية أطول نسبيًا.

عند السرعات العادية، وخلال تصادم غير مرن تمامًا، يتشوه الجسم الذي يصطدم به مقذوف ، ويمتص هذا التشوه معظم أو كل قوة التصادم. من منظور حفظ الطاقة ، تتحول الطاقة الحركية للمقذوف إلى طاقة حرارية وصوتية، نتيجةً للتشوهات والاهتزازات التي تحدث في الجسم المصطدم. مع ذلك، لا يمكن أن تحدث هذه التشوهات والاهتزازات بشكل فوري. فالتصادم عالي السرعة (الارتطام) لا يوفر وقتًا كافيًا لحدوثها. لذا، يتصرف الجسم المصطدم كما لو كان أكثر هشاشة مما هو عليه في الواقع، وتُستخدم معظم القوة المؤثرة في كسره . أو بعبارة أخرى، تكون المواد أكثر هشاشة على المدى القصير منها على المدى الطويل: وهذا مرتبط بمبدأ تراكب الزمن ودرجة الحرارة . تقل مقاومة الصدمات مع زيادة معامل المرونة ، مما يعني أن المواد الأكثر صلابة تتمتع بمقاومة صدمات أقل، بينما تتمتع المواد المرنة بمقاومة صدمات أفضل.

تختلف سلوكيات المواد المختلفة اختلافًا كبيرًا عند تعرضها للصدمات مقارنةً بظروف التحميل الساكن. تميل المواد المطيلية، كالفولاذ، إلى أن تصبح أكثر هشاشة عند معدلات التحميل العالية، وقد يحدث تقشر على الجانب المقابل للصدمة إذا لم يحدث اختراق. كما أن طريقة توزيع الطاقة الحركية عبر المقطع مهمة في تحديد استجابته. تُطبّق المقذوفات إجهادًا هيرتزيًا عند نقطة الاصطدام على جسم صلب، مع إجهادات ضغط أسفل النقطة، وأحمال انحناء على مسافة قصيرة. ولأن معظم المواد أضعف في الشد منها في الضغط، فإن هذه المنطقة هي التي تميل فيها الشقوق إلى التكوّن والنمو.

يُدق المسمار بسلسلة من الضربات، كل ضربة منها بمطرقة واحدة . تتغلب هذه الضربات عالية السرعة على الاحتكاك الساكن بين المسمار والركيزة. تحقق آلة دق الركائز نفس الغاية، ولكن على نطاق أوسع بكثير، وهي الطريقة الشائعة الاستخدام في مشاريع الإنشاءات المدنية لإنشاء أساسات المباني والجسور. مفتاح الربط الصدمي هو أداة مصممة لتطبيق عزم دوران على البراغي لشدها أو فكها. عند السرعات العادية، تتوزع القوى المطبقة على البرغي، عبر الاحتكاك، على أسنان اللولب. أما عند سرعات الصدم، فتؤثر القوى على البرغي لتحريكه قبل أن تتوزع. في علم المقذوفات ، تستخدم الرصاصات قوى الصدم لاختراق الأسطح التي يمكنها مقاومة قوى كبيرة. على سبيل المثال، تتصرف صفيحة مطاطية كالزجاج عند سرعات الرصاصة المعتادة، أي أنها تتشقق ولا تتمدد أو تهتز.

تتراوح مجالات تطبيق نظرية الصدم من تحسين معالجة المواد، واختبار الصدم، وديناميكيات الوسائط الحبيبية، إلى التطبيقات الطبية المتعلقة بالميكانيكا الحيوية لجسم الإنسان، وخاصة مفصلي الورك والركبة. ^{[ 1 ]} كما أن لها تطبيقات واسعة في صناعات السيارات والصناعات العسكرية. ^{[ 2 ]}

عادةً ما تنطوي حوادث المرور على أحمال صدمية، كما هو الحال عند اصطدام سيارة بعمود مروري أو صنبور مياه أو شجرة، حيث يتركز الضرر في منطقة الاصطدام. عند تصادم المركبات، يزداد الضرر مع السرعة النسبية للمركبات، ويتناسب طرديًا مع مربع السرعة، نظرًا لأن طاقة الحركة الناتجة عن الاصطدام (½ mv² ⁾ هي المتغير الأهم. تُبذل جهود تصميمية كبيرة لتحسين مقاومة السيارات للصدمات بهدف تقليل إصابات المستخدمين. ويمكن تحقيق ذلك بعدة طرق، منها على سبيل المثال، إحاطة السائق والركاب بقفص أمان. يُعزز هذا القفص ليتحمل حوادث التصادم عالية السرعة، وبالتالي يحمي المستخدمين. تُصمم أجزاء من هيكل السيارة خارج القفص لتنضغط تدريجيًا، ما يمتص معظم طاقة الحركة التي يجب تبديدها بفعل الاصطدام.

تُستخدم اختبارات الصدم المختلفة لتقييم تأثيرات الأحمال العالية، سواء على المنتجات أو ألواح المواد القياسية. يُعد اختبار شاربي واختبار إيزود مثالين على الطرق المعيارية المستخدمة على نطاق واسع لاختبار المواد. كما تُستخدم اختبارات إسقاط الكرات أو المقذوفات لتقييم تأثيرات المنتجات.

نتجت كارثة كولومبيا عن أضرار ناجمة عن اصطدام قطعة من رغوة البولي يوريثان بجناح مكوك الفضاء المصنوع من ألياف الكربون المركبة . ورغم إجراء اختبارات قبل الكارثة، إلا أن القطع التجريبية كانت أصغر بكثير من القطعة التي انفصلت عن الصاروخ المعزز واصطدمت بالجناح المكشوف.

عند شحن المنتجات الهشة، قد تتسبب الصدمات والسقوط في تلفها. يساعد التغليف الواقي والوسائد على تقليل ذروة التسارع عن طريق إطالة مدة الصدمة أو الارتطام. ^{[ 3 ]}