miniatura|Esferes metàl·liques impactant en un bressol de Newton En mecànica, un impacte es produeix quan dos cossos xoquen. Durant aquesta col·lisió, tots dos cossos desacceleren. La desacceleració provoca una força o xoc elevat, aplicat durant un període de temps curt. Una força elevada, durant una durada curta, normalment causa més danys a tots dos cossos que una força menor aplicada durant una durada proporcionalment més llarga.

A velocitats normals, durant una col·lisió perfectament inelàstica, un objecte colpejat per un projectil es deformarà, i aquesta deformació absorbirà la major part o tota la força de la col·lisió. Des d'una perspectiva de conservació de l'energia, l'energia cinètica del projectil es transforma en energia calorífica i sonora, com a resultat de les deformacions i vibracions induïdes a l'objecte colpejat. Tanmateix, aquestes deformacions i vibracions no poden produir-se instantàniament. Una col·lisió d'alta velocitat (un impacte) no proporciona temps suficient perquè es produeixin aquestes deformacions i vibracions. Així, el material colpejat es comporta com si fos més fràgil del que seria d'altra manera, i la major part de la força aplicada es destina a fracturar el material. O, una altra manera de veure-ho és que els materials en realitat són més fràgils a escales de temps curtes que a escales de temps llargues: això està relacionat amb la superposició temps-temperatura. La resistència a l'impacte disminueix amb un augment del mòdul d'elasticitat, la qual cosa significa que els materials més rígids tindran menys resistència a l'impacte. Els materials resilients tindran una millor resistència a l'impacte.

Diferents materials es poden comportar de maneres força diferents en l'impacte en comparació amb les condicions de càrrega estàtica. Els materials dúctils com l'acer tendeixen a tornar-se més fràgils a altes taxes de càrrega, i es pot produir esquerdament al revers de l'impacte si no es produeix penetració. La manera com es distribueix l'energia cinètica a través de la secció també és important per determinar-ne la resposta. Els projectils apliquen una tensió de contacte hertziana en el punt d'impacte a un cos sòlid, amb tensions de compressió sota el punt, però amb càrregues de flexió a curta distància. Com que la majoria dels materials són més febles en tensió que en compressió, aquesta és la zona on tendeixen a formar-se i créixer esquerdes.

Aplicacions miniatura|Grua amb una màquina de clavar piles Un clau es colpeja amb una sèrie d'impactes, cadascun amb un sol cop de martell. Aquests impactes d'alta velocitat superen la fricció estàtica entre el clau i el substrat. Una clavilla d'impacte aconsegueix el mateix resultat, tot i que a una escala molt més gran, i el mètode s'utilitza habitualment durant projectes de construcció civil per fer fonaments d'edificis i ponts. Una clau d'impacte és un dispositiu dissenyat per impartir impactes de parell als cargols per estrènyer-los o afluixar-los. A velocitats normals, les forces aplicades al cargol es dispersarien, mitjançant la fricció, a les rosques d'acoblament. Tanmateix, a velocitats d'impacte, les forces actuen sobre el cargol per moure'l abans que es puguin dispersar. En balística, les bales utilitzen forces d'impacte per perforar superfícies que, d'altra manera, podrien resistir forces substancials. Una làmina de goma, per exemple, es comporta més com el vidre a velocitats típiques de les bales. És a dir, es fractura i no s'estira ni vibra.

El camp d'aplicacions de la teoria de l'impacte abasta des de l'optimització del processament de materials, les proves d'impacte, la dinàmica de medis granulars fins a aplicacions mèdiques relacionades amb la biomecànica del cos humà, especialment les articulacions del maluc i el genoll. A més, té àmplies aplicacions en les indústries de l'automoció i la militar. esquerra|miniatura|clau d'impacte pneumàtica amb empunyadura de pistola

Impactes que causen danys miniatura|Maqueta d'una vora d'atac del transbordador espacial feta amb un panell RCC pres des de l'Atlantis que mostra els danys per impacte durant una prova. Els accidents de trànsit solen implicar càrregues d'impacte, com ara quan un cotxe xoca contra una pilona de trànsit, una boca d'aigua o un arbre, i els danys es localitzen a la zona d'impacte. Quan els vehicles xoquen, els danys augmenten amb la velocitat relativa dels vehicles, i el dany augmenta com el quadrat de la velocitat, ja que l'energia cinètica de l'impacte (1/2 mv² ) és la variable important. Es fan molts esforços de disseny per millorar la resistència a l'impacte dels cotxes per tal de minimitzar les lesions dels usuaris. Això es pot aconseguir de diverses maneres: per exemple, tancant el conductor i els passatgers en una cel·la de seguretat. La cel·la està reforçada perquè sobrevisqui en accidents d'alta velocitat i, per tant, protegeixi els usuaris. Les parts de la carrosseria que hi ha fora de la cel·la estan dissenyades per arrugar-se progressivament, absorbint la major part de l'energia cinètica que s'ha de dissipar per l'impacte. esquerra|miniatura|Un Chevrolet Malibu ha patit un accident de bolcada Diverses proves d'impacte s'utilitzen per avaluar els efectes de càrregues elevades, tant en productes com en lloses estàndard de material. La prova Charpy i la prova Izod són dos exemples de mètodes estandarditzats que s'utilitzen àmpliament per assajar materials. Les proves de caiguda de pilota o projectil s'utilitzen per avaluar els impactes dels productes.

El desastre del Columbia va ser causat per danys per impacte quan un tros d'escuma de poliuretà va impactar l'ala composta de fibra de carboni del transbordador espacial. Tot i que s'havien dut a terme proves abans del desastre, els trossos de prova eren molt més petits que el tros que va caure del coet propulsor i va colpejar l'ala exposada.

Quan s'envien articles fràgils, els impactes i les caigudes poden causar danys al producte. L'embalatge protector i l'amortiment ajuden a reduir l'acceleració màxima allargant la durada del xoc o impacte.

Referències

Categoria:Ciència de materials