Нееластични сблъсъци
Законът за запазване на кинетичната енергия не е приложим при нееластични сблъсъци. Законът за запазване на импулса е приложим при нееластични сблъсъци само ако върху двата сблъскващи се обекта не действа външна сила. При нееластичен сблъсък два обекта се слепват или са прикрепени един към друг след сблъсъка.
Примерен въпрос 1.
Две тела са с еднаква маса, а именно 1 кг. Тело 1 се движи по равна повърхност със скорост 10 м/с и се сблъсква с тяло две, което е в покой. След сблъсъка двете тела се слепват. Каква е скоростта на двете тела след сблъсъка?
Известни:
m1 = 1 кг, m2 = 1 кг, v1 = 10 м/с, v2 = 0
Търси се : v'
решение:
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v'
(1 кг)(10 м/с) + 0 = (1 кг + 1 кг) v'
10 кг м/с = (2 кг) v'
v' = 10 кг м/с : 2 кг = 5 м/с
Примерен въпрос 2.
Три блока се движат със 3 ms -1 се сблъскват с друг блок в покой.
Сблъсъкът е нееластичен. Редът на скоростта на блока след сблъсъка, от най-голямата до най-малката, е…
решение:
Фигура 1:
Краен импулс = начален импулс
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(4m)(3) + (m)(0) = (4m + m)v
12 м + 0 = (5 м) v
12 м = 5 м v
v = 12 м / 5 м = 12/5 = 2.4 м/с
Фигура 2:
Краен импулс = Начален импулс
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(м)(3) + (3м)(0) = (м + 3м) v
3 м + 0 = (4 м) v
3 м = 4 м v
v = 3 м / 4 м = 3/4 = 0.75 м/с
Фигура 3:
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(m)(3) + (m)(0) = (m + m)v
3 м + 0 = (2 м) v
3 м = 2 м v
v = 3 м / 2 м = 3/2 = 1.5 м/с
Примерен въпрос 3.
Две топки с маса m1 = 2 kg и m2 = 1 kg се движат в противоположни посоки със скорост v1 = 2 ms -1 и v2 = 4 ms -1, както е показано на фигурата по-долу. Ако сблъсъкът е нееластичен, каква е скоростта на двете топки след сблъсъка?
Известни:
Маса на топката 1 (m1) = 2 кг
Маса на топката 2 (m² ) = 1 kg
Скорост на топка 1 преди удар ( v1 ) = 2 m/s
Скорост на топка 2 преди удар (v2 ) = -4 m/s
Знаците плюс и минус показват, че двете топки се движат в противоположни посоки.
Търси се : Скорост на топките след сблъсък (v')
решение:
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
Примерен въпрос 4.
Два обекта, A и B, с маса 1.5 kg всеки, се приближават един към друг със скорост v A = 4 ms -1 и v B = 5 ms -1 . Ако сблъсъкът е нееластичен, каква е скоростта на двата обекта след сблъсъка?
Известни:
Маса на обект A (m A ) = 1.5 kg
Маса на обект B (m B ) = 1.5 kg
Скорост на обект А преди сблъсък (v A ) = 4 m/s (знак плюс, надясно)
Скорост на обект B преди сблъсък (v B ) = -5 m/s (знак минус, наляво)
Търси се: Скоростта на двата обекта след сблъсък
решение:
Запазване на линейния импулс:
mA v A + mB v B = (mA + mB ) 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 м/с
Знакът минус показва, че и двата обекта се движат наляво.
20 концептуални въпроса и отговора за нееластичните сблъсъци:
1. Въпрос: Какво определя нееластичен сблъсък? Отговор: При нееластичен сблъсък кинетичната енергия не се запазва, въпреки че импулсът се запазва. Част от началната кинетична енергия се трансформира в други форми на енергия.
2. Въпрос: По какво се различава напълно нееластичният сблъсък от частично нееластичния сблъсък? Отговор: При напълно нееластичен сблъсък обектите се слепват след сблъсъка. При частично нееластичен сблъсък обектите се разделят, но все пак има загуба на кинетична енергия.
3. Въпрос: Какво се запазва при всички видове сблъсъци, включително нееластичните? Отговор: Импулсът винаги се запазва при всички сблъсъци, независимо от тяхната еластичност.
4. Въпрос: Защо кинетичната енергия не се запазва при нееластични сблъсъци? Отговор: Част от кинетичната енергия се преобразува в други форми на енергия, като потенциална енергия, топлина или звук.
5. Въпрос: Как може да се идентифицира нееластичен сблъсък само чрез наблюдение на скоростите преди и след сблъсъка? Отговор: Общата кинетична енергия преди сблъсъка ще бъде по-голяма от общата кинетична енергия след сблъсъка.
6. Въпрос: Могат ли нееластичните сблъсъци да се случат само в едно измерение? Отговор: Не, нееластичните сблъсъци могат да се случат в едно, две или три измерения. Принципите остават същите, само векторните изчисления стават по-сложни.
7. Въпрос: В контекста на физиката на елементарните частици, какъв е често срещан резултат от нееластичните сблъсъци? Отговор: Във физиката на елементарните частици нееластичните сблъсъци често водят до трансформация на сблъскващите се частици в различни частици.
8. Въпрос: Как можете да определите количеството енергия, загубено при нееластичен сблъсък? Отговор: Чрез изчисляване на разликата между общата начална кинетична енергия и общата крайна кинетична енергия.
9. Въпрос: Защо нееластичните сблъсъци не нарушават закона за запазване на енергията? Отговор: Енергията все още се запазва; тя просто се преобразува от една форма (кинетична) в други (като топлина или звук), вместо да остане чисто като кинетична енергия.
10. Въпрос: Повечето сблъсъци в реалния свят нееластични ли са? Отговор: Да, повечето сблъсъци в реалния свят са нееластични, защото обикновено има известно преобразуване на кинетичната енергия в други форми.
11. Въпрос: При нееластичен сблъсък, ако два обекта се слепят, какво може да се каже за тяхната комбинирана скорост? Отговор: Тяхната комбинирана скорост се определя от запазването на импулса. Двата обекта ще се движат с обща скорост след сблъсъка.
12. Въпрос: Как коефициентът на възстановяване се свързва с нееластични сблъсъци? Отговор: Коефициентът на възстановяване, обозначен като , измерва „подскачането“ на сблъсък. За идеално нееластични сблъсъци, �=0 .
13. Въпрос: Защо нееластичен сблъсък може да предизвика звук? Отговор: Сблъсъкът може да причини вибрации в сблъскващите се обекти, което може да предизвика звукови вълни в околната среда.
14. Въпрос: Може ли гравитационната потенциална енергия да бъде фактор при нееластични сблъсъци? Отговор: Да, особено ако сблъсъкът води до промяна във височината или положението на обектите, превръщайки кинетичната енергия в гравитационна потенциална енергия.
15. Въпрос: Защо гумените топки не претърпяват идеално нееластични сблъсъци, въпреки че са „подскачащи“? Отговор: Гумените топки претърпяват еластични или почти еластични сблъсъци, защото са склонни да запазят голяма част от кинетичната си енергия и да отскочат обратно. Те не се слепват, което би било характерно за идеално нееластичен сблъсък.
16. Въпрос: Могат ли две меки глинени топки да демонстрират напълно нееластичен сблъсък? Отговор: Да, защото когато две меки глинени топки се сблъскат, те са склонни да се слепят и да не отскачат обратно, което е характерно за напълно нееластичен сблъсък.
17. Въпрос: Възможно ли е да се случи нееластичен сблъсък без генериране на звук или топлина? Отговор: Рядко е, но е възможно. Енергията може да се разсее по други фини начини или да се съхрани като вътрешна потенциална енергия.
18. Въпрос: Могат ли нееластичните сблъсъци да бъдат обратими? Отговор: Обикновено нееластичните сблъсъци не са обратими, защото преобразуването на кинетичната енергия в други форми затруднява връщането към началното състояние.
19. Въпрос: Как съпротивлението на въздуха е свързано с нееластичните сблъсъци? Отговор: Съпротивлението на въздуха може да направи сблъсъците по-нееластични, като разсейва част от кинетичната енергия като топлина.
20. Въпрос: Имат ли нееластичните сблъсъци значение за проектите за безопасност, като например зоните на деформация на автомобилите? Отговор: Да, зоните на деформация в автомобилите са проектирани да поемат нееластични сблъсъци, абсорбирайки кинетичната енергия и намалявайки силите, действащи върху пътниците.
Нееластичните сблъсъци играят жизненоважна роля в разбирането на законите за запазване на физиката и са неразделна част от множество практически приложения и проекти за безопасност.
