动量定理 冲击力-冲击力源于动量

碰撞那一下，你是如何把“硬”变成“软”的？ 人和车，哪位更“硬”？直觉告诉你，人是有骨骼肌肉支撑的，车是钢铁浇筑的，车应当更硬。但一旦撞上高速公路上那堵墙，要么被迎面而来的大巴撞成小碎块，车里的人，就连车本身，都瞬间变成了“软”。
这背后的秘密不在外壳有多厚，而在整个系统能不能瞬间把庞大的冲量全都“闷”回去。 别去读那本写着“冲量等于动量的变化”的课本，那忒死板了。咱们得聊聊碰撞那 0.1 秒的生死时速。想象一下，你手里提着 10 公斤重的西瓜，扔向一辆时速 100 公里的大巴。
要是你用手接，你肯定会认定痛，但感觉像是在接水柱。
为啥？出于你的手在几毫秒内从静止变成了撞击，你的肌肉、骨头、就连指甲都跟着被撞变形。
这时候，你受到的冲量，不是由西瓜的加速度拍板的，而是由你那只手“如何动”拍板的。 要是那只手不动，西瓜直接砸下去，你就会被砸扁。但要是你用手去“躲”，哪怕只是略微往前挪半步，哪怕只是歪头一躲，哪怕用膝盖软硬地磕一下，这个缓冲的过程就形成了。
那个瞬间，手和西瓜都在变，一个动，一个不动，那么它们之间的相对速度就瞬间降到了零。
这就是硬度的终极含义：不是哪位的材料强度更高，而是哪位能在极短工夫内把速度降得更低。 在工程里，我们常把这个道理细化到牛顿定律。动量定理说，物体动量的变化量等于功本事对工夫的积分，也就是冲量。
这就好比你拍桌子，要是只让桌子动了一点点，你拍它，手要出人命；你要是把桌子给震得晃了三米，手别看没断，但你也得浑身酸痛。区别就在于，你给桌子施加的力，就是让它这个动量变化量乘以那个“功能工夫”的乘积。功能工夫越长，受力越小；功能工夫越短，受力越大。 这就把我们在高速公路上看到的事故改写成了数学题。
比方说，一辆重 1.5 吨的大货在 80 公里/小时（约 22.2 米/秒）的速度下撞墙。撞完赶明儿，它的速度瞬间变了，动量从正的变成负的，变化量是 $2 times m times v$。
要是这次碰撞只有 0.1 秒，那功本事就是 70 万牛顿，这数值忒大了，人肯定受不了。但要是是 0.5 秒，同样的变化量，功本事就变成了一万三千多牛顿。
那辆卡车之故此能“扛”住，往往不是出于它的底盘有多结实，而是出于它的设计——防撞梁、吸能盒、就连座椅的吸能结构，都在拼命拉长那个“0.1 秒”到"0.5 秒”的过程。 举个极端点的例子，看看那些在车祸中幸存的乘客。假设一辆车以 30 米/秒撞墙，车本身被强制固定住了，动量只能靠人背着承受。
要是人只是单纯地站着不动，身体简直没动，动量变化量就是零？不，不对，人是会被撞飞的。
这取决于车和人是如何固定在相对关系里的。在标准的“人车碰撞”模型里，人确实是没有固定的，可是通过座椅、方向盘，还有座椅下方的气囊结构，人被这些东西“卡”住了。人不能飞出去，只能跟着车一起减速。 想象一下，你拿着一根橡皮筋，一端绑在墙上，另一端绑在手腕上。你手腕贴着墙，让橡皮筋被拉直，然后手突然松开。
要是手只是“啪”一下开，橡皮筋简直没动，你手腕就得疼死。但要是你把手伸直，让橡皮筋慢慢松，要么用胳膊去“撑”一下墙，哪怕只是轻轻地蹭一下，让墙动了一点点，橡皮筋的形变量就有了，功本事就小了，疼也就少了。
这就是“分得开”和“分不开”的区别。在车辆工程里，工程师就要想办法，让乘客和车在碰撞时“分得开”，尽可能增添能量被吸收的工夫。 故此，为啥保险气囊要那么厚？
为啥有些车头比车尾更硬？
为啥有些车撞了墙之后还能开？答案不在金属强度，而在“工夫”。空间越开阔，碰撞时的冲量功能工夫越长，平均力就越小。更具体的例子是，现代车普遍采用的四点式保险带设计，就是为了在碰撞瞬间转变人进入和离开碰撞区域的路径，人为地拉长拉伸和减速的工夫。 再聊聊刹车。
为啥急刹车时人会往后仰？这恰恰证明白动量定理的残酷。车在减速，动量在削减，但人的身体出于惯性，想要保持原来的速度，故此身体往前冲。
这时候，保险带就是那个施力者。
要是没有保险带，你只能靠惯性飞出去，冲量是无穷大的。别看保险带本身也是受力体，但它的功能是把那个庞大的冲量，通过拉着你坐下这个动作，慢慢分摊到更长的工夫里。 回到最初的那个西瓜例子。
要是你用手接，西瓜砸来，你用手去接，这个过程里，你的手和西瓜都在动。
要是西瓜速度挺快，手也要动，但手能够麻利调整姿势，给西瓜一个反向的力，这个力持续了 0.1 秒。在 0.1 秒内，手给西瓜的冲量，抵消了西瓜砸过来带来的冲量。结局就是，西瓜落地，手没事。 但要是你手没动，西瓜直接砸在另一个人脸上，那另一个人脸上受到的冲量，就等于西瓜原本带来的冲量。
这就是为啥有时候你认定挺硬的东西摔下来确实挺疼，而有时候认定不够硬的东西砸下来没事。
区别在于，你有没有努力在“撞”和“躲”之间多争取那一瞬间的工夫差，要么让对方“躲”一点。 最终总结一下，动量定理不是让你去算复杂的积分，它是在告诉你：转变速度的代价，取决于你有多长工夫去转变它。
没有缓冲，没有工夫，再硬的物体也会把你撞成渣。真正的“硬”，是能让撞击过程缩短、让能量耗散增添、让功能工夫拉大的本事。
故此下次遇到那种“真硬”的撞击感，别光想着反弹，想想你是如何在那一秒钟里，把那个庞大的冲量，慢慢变小的。