Ανελαστικές συγκρούσεις
Όταν η μέγιστη κινητική ενέργεια των συγκρουόμενων αντικειμένων/συστημάτων χάνεται, εμφανίζεται μια ανελαστική σύγκρουση στη φυσική. Σε μια τέλεια ανελαστική σύγκρουση, τα συγκρουόμενα σωματίδια κολλάνε μεταξύ τους. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η κινητική ενέργεια που χάνεται χρησιμοποιείται για την ένωση των δύο σωμάτων. Η διατήρηση της ορμής και της ενέργειας χρησιμοποιείται συνήθως για την επίλυση προβλημάτων σύγκρουσης.
Ποιος είναι ο ορισμός της σύγκρουσης;
Μια σύγκρουση συμβαίνει όταν δύο ή περισσότερα αντικείμενα συγκρούονται και ασκούν δυνάμεις το ένα στο άλλο για μια σύντομη περίοδο. Χωρίζεται σε δύο κατηγορίες:
- Ανελαστική σύγκρουση
- Ελαστική σύγκρουση
Θα συζητήσουμε τις ανελαστικές συγκρούσεις, τις απόλυτα ανελαστικές συγκρούσεις, τον τύπο τους και την ανελαστική σύγκρουση σε δύο διαστάσεις σε αυτό το άρθρο. Ας ρίξουμε μια ματιά στο καθένα ξεχωριστά. Ρίξε μια ματιά τριγύρω.
Ποιος είναι ο ορισμός της ανελαστικής σύγκρουσης;
Μια σύγκρουση κατά την οποία χάνεται η κινητική ενέργεια είναι γνωστή ως ανελαστική σύγκρουση. Η ορμή του συστήματος διατηρείται σε μια ανελαστική σύγκρουση, αλλά η κινητική ενέργεια δεν είναι. Αυτό οφείλεται στη μεταφορά κάποιας κινητικής ενέργειας σε κάτι άλλο. Οι ένοχοι είναι πιθανότατα η θερμική ενέργεια, η ηχητική ενέργεια και η παραμόρφωση υλικού.
Ας υποθέσουμε ότι δύο παρόμοια τρόλεϊ πλησιάζουν το ένα το άλλο. Συγκρούονται, αλλά επειδή τα τρόλεϊ είναι εξοπλισμένα με μαγνητικούς ζεύκτες, ενώνονται μεταξύ τους και γίνονται μια συνδεδεμένη μάζα λόγω της σύγκρουσης. Επειδή η μέγιστη ποσότητα κινητικής ενέργειας έχει χαθεί, αυτός ο τύπος σύγκρουσης είναι τελείως ανελαστικός. Αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα ότι η τελική κινητική ενέργεια είναι μηδέν. η ορμή πρέπει να διατηρηθεί.
Παραδείγματα ανελαστικών συγκρούσεων
Η πλειοψηφία των συγκρούσεων που βλέπουμε στην καθημερινή μας ζωή είναι ανελαστικές συγκρούσεις. Ακολουθεί μια λίστα με μερικά από αυτά.
Παραδείγματα ανελαστικής σύγκρουσης στον πραγματικό κόσμο
- Η μπάλα εκτοξεύεται από ορισμένο ύψος και δεν μπορεί να επιστρέψει στην αρχική της θέση.
- Όταν μια μαλακή μπάλα λάσπης πετιέται σε έναν τοίχο, κολλάει στον τοίχο.
- Ατύχημα δύο οχημάτων
- Ένα αυτοκίνητο χτυπά ένα δέντρο
Τέλεια ανελαστική σύγκρουση
Μια τέλεια ανελαστική σύγκρουση είναι μια ειδική περίπτωση ανελαστικής σύγκρουσης. Όταν δύο αντικείμενα συγκρούονται, κολλάνε μεταξύ τους. Για παράδειγμα, όταν μια βρεγμένη μπάλα λάσπης πετιέται σε έναν τοίχο, κολλάει στον τοίχο.
Υπάρχουν παραδείγματα συγκρούσεων που είναι απολύτως ανελαστικές;
Το βαλλιστικό εκκρεμές είναι μια πολύτιμη συσκευή που δημιουργεί μια ανελαστική σύγκρουση. Το βαλλιστικό εκκρεμές χρησιμοποιήθηκε ευρέως για τη μέτρηση της ταχύτητας των βλημάτων μέχρι την εμφάνιση των σύγχρονων οργάνων.
Ένα βλήμα εκτοξεύεται σε ένα κρεμασμένο βαρύ ξύλινο μπλοκ σε αυτή τη συσκευή. Αρχικά, το ξύλινο μπλοκ είναι ακίνητο. Το βλήμα ενσωματώνεται στο μπλοκ μετά από σύγκρουση με αυτό. Κάποια κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα και ήχο και στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την παραμόρφωση του μπλοκ. Η ορμή, από την άλλη πλευρά, πρέπει να διατηρηθεί.
Ως αποτέλεσμα, το μπλοκ απομακρύνεται γρήγορα. Το μπλοκ συμπεριφέρεται σαν εκκρεμές μετά τη σύγκρουση, διατηρώντας τη συνολική μηχανική ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το μέγιστο ύψος της ταλάντευσης για να υπολογίσουμε την κινητική ενέργεια του μπλοκ μετά τη σύγκρουση και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουμε τη διατήρηση της ορμής για να υπολογίσουμε την αρχική ταχύτητα του βλήματος.
Τύπος ανελαστικής σύγκρουσης
Για τον υπολογισμό της ταχύτητας και της μάζας μιας ανελαστικής σύγκρουσης, χρησιμοποιείται ο τύπος της ανελαστικής σύγκρουσης. Η τελική ταχύτητα με την οποία κινούνται δύο αντικείμενα όταν συγκρούονται υπό ανελαστικές συνθήκες δίνεται από:
Πού,
- V είναι η τελική ταχύτητα.
- M1 είναι η μάζα του πρώτου αντικειμένου σε κιλά και M2 είναι η μάζα του δεύτερου αντικειμένου σε κιλά.
- V1 (m/s) είναι η αρχική ταχύτητα του πρώτου αντικειμένου.
- V2 (m/s) είναι η αρχική ταχύτητα του δεύτερου αντικειμένου.
Πώς υπολογίζετε την ταχύτητα μιας ανελαστικής σύγκρουσης;
Παράδειγμα :
Το κινούμενο αντικείμενο έχει μάζα 4 kg με αρχική ταχύτητα 5 ms-1 και το ακίνητο έχει μάζα 5 kg. Στη συνέχεια, βρείτε την αρχική ταχύτητα ενός κινούμενου αντικειμένου;
Δόθηκε :
Μάζα ακίνητου αντικειμένου (m1) =5 kg
Μάζα κινούμενου αντικειμένου (m2) =4 kg
Ταχύτητα κινούμενου αντικειμένου (v1) =5 ms-1
Λύση :
Αντικαταστήστε τις τιμές που δίνονται σε αυτόν τον τύπο
Ανελαστική σύγκρουση σε δύο διαστάσεις
Σε μια ανελαστική σύγκρουση σε δύο διαστάσεις, η διατήρηση της ορμής εφαρμόζεται χωριστά κατά μήκος κάθε άξονα. Επειδή η ορμή είναι μια διανυσματική εξίσωση, κάθε διάσταση έχει μόνο μία εξίσωση διατήρησης της ορμής. Με τον ίδιο τρόπο, υπάρχει μόνο μία εξίσωση διατήρησης ενέργειας.
Όταν ένα αντικείμενο με μάζα m1 συγκρούεται με ένα άλλο αντικείμενο με μάζα m2 που είναι ακίνητο, και τα δύο κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Επιπλέον, η γραμμική ορμή αυτών των δύο μαζών διατηρείται στη δισδιάστατη αλληλεπίδρασή τους. Οι συνιστώσες κατά μήκος των αξόνων x και y θα έχουν τώρα τις ακόλουθες εξισώσεις:
Αυτό το φαινόμενο σύγκρουσης μπορεί να φανεί ενώ παίζετε καρό, μπιλιάρδο, κ.λπ.
Κινητική ενέργεια ανελαστικής σύγκρουσης
Η κινητική ενέργεια δεν διατηρείται σε μια ανελαστική σύγκρουση. Η εσωτερική τριβή προκαλεί απώλεια κινητικής ενέργειας. Μπορεί να μετατραπεί σε ατομική δονητική ενέργεια, προκαλώντας φαινόμενο θέρμανσης και παραμόρφωση των σωμάτων.
Ας λύσουμε ένα πρόβλημα:
Ένας άνδρας οδηγεί αυτοκίνητο μάζας 300 kg και κινείται προς τα ανατολικά με ταχύτητα 20 m/s. Χτύπησε ένα άλλο αυτοκίνητο βάρους 400 κιλών, το οποίο σταμάτησε στο σήμα στάσης. Μετά τη σύγκρουση και τα δύο αυτοκίνητα κολλάνε μεταξύ τους. Ποια είναι η τελική ταχύτητα των αυτοκινήτων;
Λύση :
Δόθηκε ,
Η μάζα του αυτοκινήτου 1 είναι M1 =300kg
Η μάζα του αυτοκινήτου 2 είναι M2 =400 kg
Η ταχύτητα του αυτοκινήτου 1 είναι V1 =20m/s
Η ταχύτητα του αυτοκινήτου 2 είναι V2 =0m/s
Σύμφωνα με τη διατήρηση της ορμής, η ορμή πριν από τη σύγκρουση και μετά τη σύγκρουση έχει την ίδια τιμή. Pi =Pf
Έτσι, μετά τη σύγκρουση και τα δύο αυτοκίνητα θα κινούνται με ταχύτητα 8,57 m/s.
Συμπέρασμα
Σε μια ανελαστική σύγκρουση, η κινητική ενέργεια δεν διατηρείται. Τώρα πρέπει να έχετε μια βασική κατανόηση των ανελαστικών συγκρούσεων, συμπεριλαμβανομένων τύπων, όρων, παραδειγμάτων και εφαρμογών. Ελπίζουμε ότι αυτό το άρθρο σας βοήθησε να λύσετε όλα τα προβλήματα ανελαστικής σύγκρουσης.
