Es ist möglich, einen Nagel mit einem Hammer in ein Stück Holz zu schlagen, aber es ist nicht möglich, einen Nagel von Hand hineinzudrücken.Warum ist das so?
Hier arbeiten viele verschiedene Dinge.
Erstens gibt es das Problem der Beschleunigung. Hämmer sind sehr hart und solide. Wenn Sie also mit dem Hammer auf den Nagelkopf schlagen, werden die Energie und die Kraft des Schlags fast augenblicklich abgegeben. Die Hände hingegen sind eher weich und verteilen über einen längeren Zeitraum die gleiche Menge an Energie und Beschleunigung, was zu einer geringeren Kraft auf das Holzstück führt. Verschiedene Hölzer haben unterschiedliche Druckbeständigkeit, so dass es zum Beispiel immer noch recht einfach ist, einen Nagel durch eine Balsaholzplatte zu drücken, während es viel schwieriger ist, ihn durch eine Eichenplatte zu drücken.
Zweitens Hammerkopf sammelt tatsächlich viel Energie in der Dauer des Schwungs, gespeichert als kinetische Energie im Kopf. Deshalb sind Hammerköpfe schwer (und je höher die Kraft, die Sie benötigen, desto schwerer der Kopf) - Sie können mehr kinetische Energie bei gleicher Kopfgeschwindigkeit speichern. Die maximale Geschwindigkeit, zu der Ihre Muskeln fähig sind, ist viel begrenzter als die Menge an Energie, die sie liefern können, wenn Sie etwas so Winziges wie einen Nagel betrachten.
Drittens arbeiten Hämmer als zusätzlicher Hebel, der es Ihnen ermöglicht mehr Kraft als Kompromiss mit der Zeit liefern. Dies funktioniert zusammen mit dem zweiten Punkt - ein längerer Schwung kann Ihnen mehr Aufprallkraft verleihen. Dies hilft dem Hammerkopf auch dabei, höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, als wenn Sie den Kopf direkt halten würden, anstatt den Schaft zu halten.
Viertens werden Sie einfach nicht so hart mit der bloßen Faust schlagen. Ihr Körper verfügt über integrierte Sicherheitsmechanismen, die sich sehr bemühen, Verletzungen vorzubeugen, und Sie können sich ziemlich verletzen, wenn Sie frontal auf einen Nagel schlagen. Beachten Sie, dass es ziemlich einfach ist, Nägel zu fahren, indem Sie ein Holzbrett verwenden, das direkt gegen Ihre Hand gedrückt wird und auf den Nagel trifft. Dadurch wird die Schlagkraft auf Ihre Hand verteilt, wodurch Schmerzen und Verletzungen vermieden werden und Sie härter schlagen können. P. >
Schließlich ist hier wahrscheinlich die Rohkraft der dominierende Faktor.Durch Drücken können Sie die volle Kraft Ihres Muskels nutzen, die wahrscheinlich irgendwo um Ihr Gewicht liegt (mit einer ziemlich großen Streuung).Auf der anderen Seite können Sie durch Schlagen die Kraft Ihrer Muskeln über die Dauer des Schwungs ansammeln und so viel größere Kräfte ausüben, als dies durch einfaches Drücken möglich wäre.Versuchen Sie, Nägel nur durch Drücken des Hammers zu schlagen, und Sie werden den Unterschied ziemlich leicht erkennen - der einzige Vorteil, den Sie mit einem Hammer erzielen, ist, dass Sie nicht so viel Schmerz empfinden wiebeim Drücken gegen den viel kleineren Nagelkopf.
Nur weil Sie beim Hämmern eines Nagels eine Kraft auf den Nagel ausüben, indem Sie den Impuls des Hammers ändern. $ F = \ dot p $ Diese Kraft hilft, die Reibung zu überwinden und den Nagel nach innen zu drücken.Dies ist bei Ihrer Hand nicht der Fall.Wenn Sie versuchen, mit Ihrer Hand die gleiche Kraft zu entwickeln, werden Sie durch den Druck, den der Nagelkopf auf Ihre Hand ausübt, verletzt.Ein erhöhter Aufprall kann auch dazu führen, dass der Nagel in Ihre Hand eindringt. Seien Sie also vorsichtig;)
Ihre Hände sind weich, während der Hammerkopf sehr hart ist.Daher wird Ihre Hand beim Schlagen eines Nagels in einer viel größeren Zeit als beim Hammer zur Ruhe kommen. Jetzt ist Kraft die Änderungsrate des Impulses.Der Hammer ist schwerer, so dass der Schwung anfänglich höher ist, selbst wenn Hand und Hammer mit derselben Geschwindigkeit schlagen.Ebenso ist die Zeit, die benötigt wird, um den Impuls auf Null zu ändern, beim Hammer kürzer.Beide Faktoren erhöhen die vom Hammer ausgeübte Kraft erheblich.Somit ist es in der Lage, einen Nagel in eine Wand zu treiben.
Dies ist in der Tat möglich, wie die Anzahl der Online-Videos zeigt, in denen jemand mit bloßen Händen einen Nagel einhämmert.
Genauer gesagt ist die menschliche Hand schwer genug, um einzuschlagenein Nagel in einige ziemlich hart, wenn es schnell genug geschwungen wird.Es ist nur so, dass der Schaden an der Hand ziemlich verheerend wäre, und so halten uns unsere nervigen Gehirne davon ab, einen Nagel so hart wie möglich zu treffen.
Sie können! Aber zuerst einige Vorsichtsmaßnahmen:
Also, ja, während Sie mit bloßer Hand einen Nagel einschlagen können.Es ist eine viel bessere Idee, einen Hammer zu verwenden.
Damit der Nagel in das Holz eingetrieben werden kann, müssen Sie eine ausreichende Kraft aufbringen, um die Holzfasern aufzuspalten ("ein Loch machen") und die Kraft von zu überwinden Reibung zwischen Nagel und Holz.
Der Hammer kann eine viel größere (augenblickliche) Kraft als die Hand ausüben, da er viel härter ist (einen größeren Elastizitätsmodul hat).
Wenn Sie annehmen, dass eine Masse $ m $ mit der Geschwindigkeit $ v $ auf ein stationäres Objekt trifft und zwischen ihnen eine kleine Feder mit der Federkonstante $ k $ liegt, berechnen wir die Kompression der Feder $ \ Delta x $ mit a einfaches Energieargument:
$$ E = \ frac12 mv ^ 2 = \ frac12 k \ Delta x ^ 2 $$
Die maximale Kraft $ F = k \ Delta x $ dann folgt:
$$ F = \ sqrt {mk} v $$
Wir sehen, dass die Kraft mit der Geschwindigkeit und mit der Quadratwurzel einer der Massen $ M $ steigt oder die Federkonstante $ k $. Mit anderen Worten, ein härteres Objekt (wie ein Hammer) hat eine höhere "Federkonstante" $ k $, und da es über eine kürzere Strecke abgebremst wird, übt es eine größere Kraft aus. Und es ist die Kraft, die wir brauchen, um den Nagel zu treiben.
Eine andere Möglichkeit, darüber nachzudenken, ist die Erhaltung des Impulses. Wenn wir den Schwung $ Mv $ verlieren müssen, können wir dies tun, indem wir eine Kraft $ F $ für eine Zeit $ \ Delta t $ anwenden. Je kürzer $ \ Delta t $ ist, desto größer ist $ F $. Auch hier wird eine "matschige Hand" die Aufprallzeit weiter verteilen und die Spitzenkraft verringern.
Hier spielen sekundäre Dinge eine Rolle - zum Beispiel, wenn Sie Ihren Hammer am Ende eines langen Stocks platzieren (Vorschlaghammer), Sie können es schneller schwingen lassen: und die Kraft geht linear mit der Geschwindigkeit, aber nur mit der Quadratwurzel der Masse. Natürlich ist es schwieriger, mit einem langstieligen Hammer genau zu schlagen, aber er liefert einen größeren Schlag als ein kurzer, schwerer.
Wenn Sie stark genug sind, können Sie den Nagel von Hand hineinschieben. Sie brauchen nur Schutz gegen die "gleiche und entgegengesetzte Reaktion" des Nagels gegen Ihre weichen Hände. Der Nagel kann in das Holz eindringen, da es scharf ist und einen hohen Druck auf die Oberfläche ausübt, mit der er in Kontakt kommt. Der Kopf des Nagels ist relativ viel breiter, so dass er nicht so leicht in Ihre Hand eindringt wie das scharfe Ende, aber er ist eindeutig nicht dafür ausgelegt, von Hand hineingedrückt zu werden. Die Oberfläche ist immer noch zu klein, als dass Sie starken Druck auf Ihre schwache menschliche Haut ausüben könnten.
Um den Nagel von Hand einzudrücken, benötigen Sie eine Art Verteidigung gegen diesen Druck.
Sie könnten einen eisernen Handschuh tragen, wie ein mittelalterlicher Ritter. Es wird nicht durchbohrt und verteilt den Druck auf einen größeren Bereich Ihrer Hand, wodurch Verletzungen vermieden werden.
Sie können eine große, mindestens handgroße Metallscheibe darauf legen der Nagel, im Wesentlichen einen Nagel mit sehr großem Kopf zu schaffen. So würde ein Nagel aussehen, wenn er für das Berühren mit der Hand konstruiert wäre. Wenn Sie auf die Festplatte springen würden, würden Sie den Nagel wahrscheinlich
viel schneller einschlagen als nur durch Drücken.
Grundlagen, Newtonsches Gesetz und Beschleunigungsintegration:
sum (F) = m.av = at Die vom Hammer ausgeübte Kraft wird abgeführtin kürzester Zeit, denn der Hammer ist sehr.Die Beschleunigung ist daher groß.
Nun, wenn man bedenkt, dass Ihr Hammer .2kg ist, geht er mit 10m.s ^ -1 und trifft den NagelWährend 1 ms wird (0,2 kg * 10 m / s) / 0,001 s = 2000 N
gedrückt. Dies ist die Schubmenge, die zum Heben von 200 kg erforderlich ist
Wenn Sie im Vergleich dazu so viel heben und davon ausgehen, dass Sie sehr stark sind, verlassen Sie sich auf Ihre ganzen Hände.Aber mit nur einer Hand erzeugen die meisten Menschen weniger als 500 N und ohne sich selbst zu verletzen, mit einem einzigen Finger, vielleicht weniger als 100.
Nun, der Grund, warum langsam auf den Nagel gedrückt wird, funktioniert nichtist die Reibung des Holzes.
Da Ihre Hand weicher als ein Hammer ist, absorbiert sie den größten Teil der Schlagkraft über den Nagel und reduziert die Gesamtkraft, die zum Eindringen in Holz erforderlich ist.Um dies zu kompensieren, ist es notwendig, zu viel mehr Kraft aufzubringen, als dass Ihre Hand einfach durch einen Nagel verletzt wird.Wenn der Widerstand Ihrer Handhaut geringer ist als der Widerstand von Holz, wird nur Ihre Hand perfektioniert, selbst wenn Sie das flache Nagelkopfformat berücksichtigen.Wenn Sie jedoch einen Nagel mit einem riesigen Kopf haben, als wäre es eine riesige Nadel, können Sie mit offener Hand klopfen und haben so Erfolg.Das größte Problem hier ist in Wahrheit die Pression.Der Hammer Metallkopf kann den Nagel kleine Kopfgröße Pression unterstützen, Ihre Hand Nr.Je kleiner die Oberfläche bei gleicher Kraft ist, desto größer ist die relative Pression.Dann ist Pression hier die wahre Kraft, nicht genau die Hammerdruckkraft.