自転車を降りて押して歩いている時の衝撃力と予想される怪我
定義：衝撃力とは速度に質量を掛けた量
質問：
次の各行為の衝撃力を定量的（ニュートン）に表せ、またその衝撃による怪我の程度を予測せよ
条件：
各種の条件は次の通り、普通自動車の重量は3,500kg、自転車本体の重量は8kgとする。自転車を運転していると自転車に人の体重が加算される。体重60kgの人が自転車を運転している時の総重量は68kgとして計算せよ。自転車を押して歩いている時には自転車本体の半分の重量（4kg）がつま先にかかるものとする
１．普通自動車が速度10kmでつま先を踏んだ
２．普通自動車が速度1kmでつま先を踏んだ
３．自転車を運転し速度10kmでつま先を踏んだ
４．自転車を運転し速度1kmでつま先を踏んだ
５．自転車を降りて速度10kmで押して歩いている時につま先を踏んだ
６．自転車を降りて速度1kmで押して歩いている時につま先を踏んだ
７．他人の肩を手のひらで軽く叩いた
１．普通自動車が速度10kmでつま先を踏んだ
衝撃力：\( \frac{1}{2} \times 3,500 kg \times ( \frac{10 km/h}{3.6} m/s )^2 \)
( \frac{10 km/h}{3.6} m/s ) は速度をm/sに変換する
怪我の程度：非常に深刻な怪我が予想される。自動車の重量が大きく、高速でつま先を踏まれることで大きな圧力がかかり、重度の損傷が起こる可能性が高い。
２．普通自動車が速度1kmでつま先を踏んだ
衝撃力：\( \frac{1}{2} \times 3,500 kg \times ( \frac{1 km/h}{3.6} m/s )^2 \)
( \frac{1 km/h}{3.6} m/s ) は速度をm/sに変換する
怪我の程度：重度ではないが重いダメージを負う可能性がある。自動車の重さを考慮すると、損傷は軽重傷の範囲内に収まる可能性がある。
３．自転車を運転し速度10kmでつま先を踏んだ
衝撃力：\( \frac{1}{2} \times 68 kg \times ( \frac{10 km/h}{3.6} m/s )^2 \)
人と自転車の総重量を考慮
怪我の程度：軽度の怪我が予想される。自転車の軽量性と速度からくる衝撃は軽微な損傷を引き起こす可能性が高い。
４．自転車を運転し速度1kmでつま先を踏んだ
衝撃力：\( \frac{1}{2} \times 68 kg \times ( \frac{1 km/h}{3.6} m/s )^2 \)
人と自転車の総重量を考慮
怪我の程度：ほぼ軽微な怪我となる。低速かつ自転車の軽量性からくる影響は小さいため、軽い損傷が予想される。
５．自転車を降りて速度10kmで押して歩いている時につま先を踏んだ
衝撃力：\( \frac{1}{2} \times 4 kg \times ( \frac{10 km/h}{3.6} m/s )^2 \)
自転車本体の半分の重量を考慮
怪我の程度：軽微な怪我が予測される。低速で自転車本体のみの重量がかかるため、軽い損傷が起こる可能性が高い。
６．自転車を降りて速度1kmで押して歩いている時につま先を踏んだ
衝撃力：\( \frac{1}{2} \times 4 kg \times ( \frac{1 km/h}{3.6} m/s )^2 \)
自転車本体の半分の重量を考慮
怪我の程度：ごく軽微な損傷が予想される。非常に低速で軽い物体（自転車本体の半分）につま先を踏まれるため、ほとんどの場合怪我はほとんどない。
７．他人の肩を手のひらで軽く叩いた
衝撃力：ごくわずかな力がかかる
怪我の程度：通常は怪我をすることはない。非常に軽微な接触であるため、明らかな怪我は予測されない。
質問：
自転車を降りて押して歩いている時に、石を乗り越えられる閾速度を求めよ
初期条件
自転車の重量: 8kg
石の高さ: 4cm
石の幅: 6cm
求めるスピードの計算
自転車が石を乗り越えるために必要な速度を計算するために、前輪が石に当たる瞬間の運動エネルギーと石を乗り越えるために必要な追加の仕事を考慮する必要がある。
計算手順
石の高さからポテンシャルエネルギーを計算する。\( U = mgh \)
石を乗り越えるための仕事を計算する。\( W = mgh \)
これらのエネルギーが変換されるときの速度を計算する。\( K = \frac{1}{2}mv^2 \)
結果
上記の条件で計算すると、自転車が石を乗り越えるために必要な速度は約2.83 m/s となります。