Onelastiese Botsings
Die wet van die behoud van kinetiese energie is nie van toepassing in onelastiese botsings nie. Die wet van die behoud van momentum is van toepassing in onelastiese botsings indien geen eksterne krag op die twee botsende voorwerpe inwerk nie. In 'n onelastiese botsing kleef twee voorwerpe aan mekaar vas of is hulle aan mekaar geheg na die botsing.
Voorbeeldvraag 1.
Twee voorwerpe het dieselfde massa, naamlik 1 kg. Voorwerp 1 beweeg op 'n plat vlak teen 'n spoed van 10 m/s en bots met voorwerp twee wat in rus is. Na die botsing kleef die twee voorwerpe aan mekaar vas. Wat is die spoed van die twee voorwerpe na die botsing?
Bekend:
m1 = 1 kg, m2 = 1 kg, v1 = 10 m/s, v2 = 0
Gesoek : v'
oplossing:
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v'
(1 kg)(10 m/s) + 0 = (1 kg + 1 kg) v'
10 kg m/s = (2 kg) v'
v' = 10 kg m/s : 2 kg = 5 m/s
Voorbeeldvraag 2.
Drie blokke beweeg teen 3 ms -1 en bots teen 'n ander blok in rus.
Die botsing is onelasties. Die volgorde van die blok se snelheid na die botsing, van die grootste tot die kleinste, is…
oplossing:
Figuur 1:
Finale momentum = aanvanklike momentum
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(4m)(3) + (m)(0) = (4m + m) v
12m + 0 = (5m) v
12m = 5m v
v = 12m / 5m = 12/5 = 2.4 m/s
Figuur 2:
Finale momentum = Aanvanklike momentum
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(m)(3) + (3m)(0) = (m + 3m) v
3m + 0 = (4m) v
3m = 4m v
v = 3m / 4m = 3/4 = 0.75 m/s
Figuur 3:
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(m)(3) + (m)(0) = (m + m) v
3m + 0 = (2m) v
3m = 2m v
v = 3m / 2m = 3/2 = 1.5 m/s
Voorbeeldvraag 3.
Twee balle met 'n massa van m1 = 2 kg en m2 = 1 kg beweeg in teenoorgestelde rigtings teen 'n spoed van v1 = 2 ms -1 en v2 = 4 ms -1 soos in die figuur hieronder getoon. As 'n botsing onelasties is, wat is die spoed van beide balle na die botsing?
Bekend:
Massa van bal 1 (m1) = 2 kg
Massa van bal 2 (m² ) = 1 kg
Snelheid van bal 1 voor botsing (v1 ) = 2 m/s
Snelheid van bal 2 voor botsing (v2 ) = -4 m/s
Plus- en minustekens dui aan dat beide balle in teenoorgestelde rigtings beweeg.
Gewenste : Snelheid van balle na botsing (v')
oplossing:
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v'
(2)(2) + (1)(-4) = (2 + 1) v'
4 – 4 = (3) v'
0 = (3) v'
v' = 0
Voorbeeldvraag 4.
Twee voorwerpe, A en B, met 'n massa van elk, is 1.5 kg en nader mekaar met 'n spoed van v A = 4 ms -1 en v B = 5 ms -1 . As die botsing onelasties is, wat is die spoed van beide voorwerpe na die botsing?
Bekend:
Massa van voorwerp A (m A ) = 1.5 kg
Massa van voorwerp B (mB ) = 1.5 kg
Snelheid van voorwerp A voor botsing (v A ) = 4 m/s (plusteken, na regs)
Snelheid van voorwerp B voor botsing (vB ) = -5 m/s (minusteken, na links)
Gewenste: Die spoed van beide voorwerpe na botsing
oplossing:
Behoud van lineêre momentum:
m A v A + m B v B = (m A + m B ) v'
(1.5)(4) + (1.5)(-5) = (1.5 +1.5) v'
6 – 7.5 = (3) v'
-1.5 = (3) v'
v' = -1.5 / 3
v' = -0.5 m/s
Die minusteken dui aan dat beide voorwerpe na links beweeg.
20 konseptuele vrae en antwoorde oor onelastiese botsings:
1. Vraag: Wat definieer 'n onelastiese botsing? Antwoord: In 'n onelastiese botsing word kinetiese energie nie behoue gebly nie, alhoewel momentum wel behoue bly. Van die aanvanklike kinetiese energie word omgeskakel na ander vorme van energie.
2. Vraag: Hoe verskil 'n perfek onelastiese botsing van 'n gedeeltelik onelastiese botsing? Antwoord: In 'n perfek onelastiese botsing kleef die voorwerpe aan mekaar vas na die botsing. In 'n gedeeltelik onelastiese botsing skei die voorwerpe, maar daar is steeds 'n verlies aan kinetiese energie.
3. Vraag: Wat bly behoue in alle tipes botsings, insluitend onelastiese botsings? Antwoord: Momentum bly altyd behoue in alle botsings, ongeag hul elastisiteit.
4. Vraag: Waarom word kinetiese energie nie behoue gebly in onelastiese botsings nie? Antwoord: Van die kinetiese energie word omgeskakel in ander vorme van energie, soos potensiële energie, hitte of klank.
5. Vraag: Hoe kan 'n mens 'n onelastiese botsing identifiseer deur net die snelhede voor en na die botsing waar te neem? Antwoord: Die totale kinetiese energie voor die botsing sal groter wees as die totale kinetiese energie na die botsing.
6. Vraag: Kan onelastiese botsings slegs in een dimensie plaasvind? Antwoord: Nee, onelastiese botsings kan in een, twee of drie dimensies plaasvind. Die beginsels bly dieselfde, slegs die vektorberekeninge word meer kompleks.
7. Vraag: In die konteks van deeltjiefisika, wat is 'n algemene uitkoms van onelastiese botsings? Antwoord: In deeltjiefisika lei onelastiese botsings dikwels tot die transformasie van die botsende deeltjies in verskillende deeltjies.
8. Vraag: Hoe kan jy die hoeveelheid energie wat verlore gaan in 'n onelastiese botsing bepaal? Antwoord: Deur die verskil tussen die totale aanvanklike kinetiese energie en die totale finale kinetiese energie te bereken.
9. Vraag: Waarom oortree onelastiese botsings nie die wet van energiebehoud nie? Antwoord: Energie bly steeds behoue; dit word net van een vorm (kineties) na ander (soos hitte of klank) omgeskakel eerder as om suiwer as kinetiese energie te bly.
10. Vraag: Is die meeste werklike botsings onelasties? Antwoord: Ja, die meeste werklike botsings is onelasties omdat daar tipies 'n mate van omskakeling van kinetiese energie na ander vorme is.
11. Vraag: In 'n onelastiese botsing, as twee voorwerpe aan mekaar vassit, wat kan gesê word oor hul gekombineerde snelheid? Antwoord: Hul gekombineerde snelheid word bepaal deur die behoud van momentum. Die twee voorwerpe sal na die botsing met 'n gemeenskaplike snelheid beweeg.
12. Vraag: Hoe hou die koëffisiënt van restitusie verband met onelastiese botsings? Antwoord: Die koëffisiënt van restitusie, aangedui as , meet die "springvermoë" van 'n botsing. Vir perfek onelastiese botsings is �=0 .
13. Vraag: Waarom kan 'n onelastiese botsing klank produseer? Antwoord: Die botsing kan vibrasies in die botsende voorwerpe veroorsaak, wat klankgolwe in die omliggende medium kan produseer.
14. Vraag: Kan gravitasie-potensiële energie 'n faktor in onelastiese botsings wees? Antwoord: Ja, veral as die botsing 'n verandering in hoogte of posisie van die voorwerpe tot gevolg het, wat kinetiese energie omskakel in gravitasie-potensiële energie.
15. Vraag: Waarom ondergaan rubberballe nie perfek onelastiese botsings nie, ten spyte daarvan dat hulle "spring"? Antwoord: Rubberballe ondergaan elastiese of amper-elastiese botsings omdat hulle geneig is om baie van hul kinetiese energie te behou en terug te bons. Hulle kleef nie aan mekaar nie, wat kenmerkend sou wees van 'n perfek onelastiese botsing.
16. Vraag: Kan twee sagte kleiballe 'n perfek onelastiese botsing demonstreer? Antwoord: Ja, want wanneer twee sagte kleiballe bots, is hulle geneig om aan mekaar te kleef en nie terug te bons nie, wat kenmerkend is van 'n perfek onelastiese botsing.
17. Vraag: Is dit moontlik vir 'n onelastiese botsing om plaas te vind sonder enige klank- of hitteopwekking? Antwoord: Dit is skaars, maar moontlik. Die energie kan op ander subtiele maniere verkwis word of as interne potensiële energie gestoor word.
18. Vraag: Kan onelastiese botsings omgekeer word? Antwoord: Oor die algemeen is onelastiese botsings nie omkeerbaar nie, want die omskakeling van kinetiese energie na ander vorme maak dit moeilik om na die aanvanklike toestand terug te keer.
19. Vraag: Hoe hou lugweerstand verband met onelastiese botsings? Antwoord: Lugweerstand kan botsings meer onelasties maak deur van die kinetiese energie as hitte af te gee.
20. Vraag: Het onelastiese botsings implikasies in veiligheidsontwerpe, soos motor-frommelsones? Antwoord: Ja, frommelsones in motors is ontwerp om onelastiese botsings te ondergaan, wat kinetiese energie absorbeer en die kragte wat op insittendes inwerk, verminder.
Onelastiese botsings speel 'n belangrike rol in die begrip van die behoudswette van fisika en is 'n integrale deel van talle praktiese toepassings en veiligheidsontwerpe.
