Gedeeltelik elastiese botsings
In gedeeltelik elastiese botsings is die wet van behoud van momentum van toepassing, terwyl die wet van behoud van kinetiese energie nie van toepassing is nie. Wanneer 'n botsing plaasvind, word 'n gedeelte van die kinetiese energie omgeskakel na klankenergie, hitte-energie en interne energie. Die gebruik van die woord elasties dui daarop dat die twee voorwerpe na die botsing nie aan mekaar vassit nie, maar afbons.
'n Voorbeeld van 'n gedeeltelik elastiese botsing is die eendimensionele botsing van twee albasters of twee poolballe.
Voorbeeldvraag 1.
Voorwerpe A en B met massas van 1 kg en 2 kg beweeg onderskeidelik in teenoorgestelde rigtings teen snelhede van onderskeidelik 4 m/s en 2 m/s en bots in 'n gedeeltelik elastiese botsing. As voorwerp A na die botsing teen 'n spoed van 2 m/s beweeg, wat is die spoed van voorwerp B?
Bekend:
m A = 1 kg, m B = 2 kg, v A = 4 m/s (veronderstel na regs), v B = -2 m/s (veronderstel na links), v A ' = – 2 m/s
Gesoek: v B '
oplossing:
m A v A + m B v B = m A v A ' + m B v B '
(1 kg)(4 m/s) + (2 kg)(-2 m/s) = (1 kg)(-2 m/s) + (2 kg)(v B ')
4 kg m/s – 4 kg m/s = -2 kg m/s + (2 kg) v B '
0 = – 2 kg m/s + (2 kg)(v B ')
-2 kg m/s = – 2 kg v B '
v B ' = 1 m/s
Na die botsing beweeg voorwerp B teen 'n spoed van 1 m/s (veronderstel na regs) en voorwerp A beweeg teen 'n spoed van 2 m/s (veronderstel na links).
Voorbeeldvraag 2.
Voorwerpe A en B met 'n massa van 4 kg en 5 kg nader mekaar in die teenoorgestelde rigting, soos in die figuur hieronder getoon. Na die botsing het beide voorwerpe van rigting omgekeer met 'n spoed van A = 4 ms -1 en 'n spoed van B = 2 ms - 1 . Wat is die spoed van voorwerp B voor die botsing?
Bekend:
Massa van voorwerp A (mA) = 4 kg
Massa van voorwerp B (mB ) = 5 kg
Snelheid van voorwerp A voor botsing (v A ) = 6 m/s
Snelheid van voorwerp A na botsing (v A ') = 4 m/s
Snelheid van voorwerp B na botsing (v B ') = -2 m/s
Plus- en minustekens dui aan dat beide voorwerpe in teenoorgestelde rigtings beweeg.
Gewenste: Snelheid van voorwerp B voor botsing (v B )
oplossing:
m A v A + m B v B = m A v A ' + m B v B '
(4)(6) + (5)(-2) = (4)(4) + (5)(v B ')
24 – 10 = 16 + 5(v B ')
14 – 16 = 5 (v B ')
-2 = 5 (v B ')
v B ' = -2/5
v B ' = -0.4
Die minusteken dui aan dat die voorwerp se rigting na die botsing verskil van die rigting voor die botsing.
Voorbeeldvraag 3.
Twee voorwerpe met dieselfde massa nader mekaar soos in die figuur hieronder getoon.
As v2 ' die spoed van die voorwerp (2) na die botsing na regs met 'n spoed van 5 ms –1 is , wat is die spoed van voorwerp een v1 ' (1) na die botsing?
Bekend:
Massa van elke voorwerp = m
Snelheid van voorwerp 1 voor botsing (v1 ) = 8 m/s
Snelheid van voorwerp 2 voor botsing (v2 ) = 10 m/s
Snelheid van voorwerp 2 na botsing (v² ' ) = 5 m/s
Gewenste: Spoed van voorwerp 1 na botsing (v 1 ')
oplossing:
m 1 v 1 + m 2 v 2 = m 1 v 1 ' + m 2 v 2 '
m (v 1 + v 2 ) = m (v 1 ' + v 2 ')
v1 + v2 = v1 ' + v2 '
8 + 10 = v 1 ' + 5
18 = v 1 ' + 5
v 1 ' = 18-5
v 1 ' = 13 m/s
20 konseptuele vrae en antwoorde oor gedeeltelik elastiese botsings:
1. Vraag: Wat is 'n gedeeltelik elastiese botsing? Antwoord: 'n Gedeeltelik elastiese botsing is een waar 'n mate van kinetiese energie behoue bly, maar nie alles nie. Die voorwerpe bons van mekaar af, maar nie met hul volle aanvanklike kinetiese energieë nie.
2. Vraag: Hoe verskil 'n gedeeltelik elastiese botsing van 'n perfek elastiese botsing? Antwoord: In 'n perfek elastiese botsing word die totale kinetiese energie behoue, terwyl slegs 'n gedeelte van die kinetiese energie in 'n gedeeltelik elastiese botsing behoue bly.
3. Vraag: Wat bly behoue in 'n gedeeltelik elastiese botsing? Antwoord: Momentum bly behoue in alle tipes botsings, insluitend gedeeltelik elastiese botsings.
4. Vraag: Hoe word die koëffisiënt van restitusie, , gebruik om die elastisiteit van 'n botsing te beskryf? Antwoord: Vir gedeeltelik elastiese botsings, 0<�<1 Hoe nader aan 1 is, hoe meer elasties is die botsing.
5. Vraag: Kan die koëffisiënt van restitusie groter as 1 wees? Antwoord: Nee. 'n Vervangingskoëffisiënt groter as 1 sal meer kinetiese energie na die botsing impliseer as voorheen, wat energiebewaring skend.
6. Vraag: Waarom word nie alle kinetiese energie behoue gebly in gedeeltelik elastiese botsings nie? Antwoord: Sommige kinetiese energie word omgeskakel in ander vorme, soos klank, hitte of vervorming van voorwerpe.
7. Vraag: Hoe kan jy die hoeveelheid kinetiese energie bepaal wat in 'n gedeeltelik elastiese botsing behoue bly? Antwoord: Deur die totale kinetiese energie voor en na die botsing te vergelyk.
8. Vraag: Produseer gedeeltelik elastiese botsings altyd klank? Antwoord: Nie altyd nie, maar klank kan geproduseer word as gevolg van vibrasies wat deur die botsing veroorsaak word.
9. Vraag: Wat gebeur met die kinetiese energie wat nie behoue bly in 'n gedeeltelik elastiese botsing nie? Antwoord: Dit word tipies omgeskakel na ander vorme van energie soos hitte, klank of potensiële energie as gevolg van vervorming.
10. Vraag: Hoe beïnvloed materiaalsamestelling die elastisiteit van 'n botsing? Antwoord: Sommige materiale, soos rubber, is geneig om meer elastiese botsings te ondergaan, terwyl ander, soos klei, geneig is om onelasties te wees. Die meeste werklike botsings is egter gedeeltelik elasties as gevolg van die materiaal se eienskappe en ander faktore.
11. Vraag: Kan twee staalballe 'n gedeeltelik elastiese botsing demonstreer? Antwoord: Ja. Terwyl staalballe 'n byna perfek elastiese botsing mag hê, is daar gewoonlik 'n effense energieverlies, wat dit gedeeltelik elasties maak.
12. Vraag: Word die Aarde se botsing met 'n meteoriet as gedeeltelik elasties beskou? Antwoord: Oor die algemeen, ja. Die impak behou nie alle kinetiese energie nie, aangesien 'n gedeelte daarvan omgeskakel word in hitte, klank en die vorming van 'n krater.
13. Vraag: Kan jy 'n gedeeltelik elastiese botsing in 'n vakuum hê? Antwoord: Ja. Selfs sonder lugweerstand kan die interne eienskappe van die botsende liggame tot energieverliese lei.
14. Vraag: Hoe beïnvloed eksterne kragte, soos wrywing, die elastisiteit van 'n botsing? Antwoord: Eksterne kragte kan meer kinetiese energie versprei, wat die botsing meer onelasties maak.
15. Vraag: Is daar praktiese toepassings waar die begrip van gedeeltelik elastiese botsings van kritieke belang is? Antwoord: Ja, in sport, ingenieurswese en verkeersongelukanalise kan die begrip van gedeeltelik elastiese botsings noodsaaklik wees.
16. Vraag: Waarom bestudeer motorvervaardigers gedeeltelik elastiese botsings? Antwoord: Om voertuie te ontwerp wat impakenergie doeltreffend kan absorbeer en die insittendes tydens botsings te beskerm.
17. Vraag: Kan deeltjie-interaksies op kwantumvlak as gedeeltelik elasties beskou word? Antwoord: Ja. Terwyl kwantummeganika nuwe verskynsels bekendstel, kan deeltjies steeds interaksies ondergaan waar nie alle kinetiese energie behoue bly nie.
18. Vraag: Hoe hou molekulêre interaksies verband met gedeeltelik elastiese botsings? Antwoord: Molekules kan gedeeltelik elastiese botsings ondergaan wanneer hulle mekaar tref, wat energie omskakel na vibrasies of rotasies van die molekules.
19. Vraag: Demonstreer 'n basketbalbons op 'n baan 'n gedeeltelik elastiese botsing? Antwoord: Ja. 'n Gedeeltelike energie gaan verlore as klank en as gevolg van die effense vervorming van die bal, wat die botsing gedeeltelik elasties maak.
20. Vraag: Hoe beïnvloed temperatuur die elastisiteit van botsings in gasse? Antwoord: Soos temperatuur toeneem, beweeg gasmolekules vinniger en kan hulle meer energiek bots. Die elastisiteit van hierdie botsings hang egter af van molekulêre eienskappe en korreleer nie direk met temperatuur nie.
Begrip van gedeeltelik elastiese botsings bied insigte in 'n reeks verskynsels in beide alledaagse ervarings en gespesialiseerd in fisika en ingenieurswese.
