Zachování hybnosti
Zákon zachování hybnosti říká, že pokud na dvě srážející se tělesa nepůsobí žádná vnější síla, je hybnost těles před srážkou rovna hybnosti těles po srážce.
p1 + str2 = str1 ' + p2 ' …………………….. Rovnice 1.4
m1 v1 +m2 v2 = m1 v1 ' + m2 v2 "
Pokud se po srážce oba objekty slepí k sobě,
m1 v1 +m2 v2 = (m1 +m2 ) v'
kde: m1 = hmotnost objektu 1, m2 = hmotnost objektu 2, v1 = rychlost objektu 1 před srážkou, v2 = rychlost objektu 2 před srážkou, v1 ' = rychlost objektu 1 po srážce, v2 ' = rychlost objektů 2 po srážce, v' = rychlost obou objektů po srážce
Znaménko v nebo v' má kladné znaménko, pokud se objekt pohybuje doprava, a záporné znaménko, pokud se objekt pohybuje doleva. Pokud směr pohybu objektů není znám, ale oba objekty se pohybují v opačných směrech, má jeden z nich kladné znaménko, zatímco druhý záporné znaménko. Pokud se oba objekty pohybují stejným směrem, má v nebo v' obou objektů stejný směr. Kladné nebo záporné znaménko udává směr pohybu objektu.
20 koncepčních otázek a odpovědí o zákonu zachování hybnosti:
1. Otázka: Co je to lineární hybnost? Odpověď: Lineární hybnost, často nazývaná jen hybnost, je součin hmotnosti objektu a jeho rychlosti. Je to vektorová veličina a je vyjádřena vztahem �=���.
2. Otázka: Jak se uplatňuje zákon zachování hybnosti při srážkách? Odpověď: Celková hybnost systému před srážkou je rovna celkové hybnosti po srážce, za předpokladu, že na systém nepůsobí žádné vnější síly.
3. Otázka: V jakých případech je zachována hybnost? Odpověď: Lineární hybnost je zachována ve všech scénářích, kde je čistá vnější síla působící na systém nulová.
4. Otázka: Jak se raketa ve vesmíru pohybuje vpřed, když na ni nepůsobí žádná vnější síla? Odpověď: Raketa ve vesmíru vyhání plyny dozadu a díky zákonu zachování hybnosti se raketa pohybuje dopředu. Hybnosti vyhnaných plynů a rakety zůstávají stejné a opačné, takže jejich celková hybnost je nulová.
5. Otázka: Proč se bruslař točí rychleji, když přitáhne ruce? Odpověď: Když bruslař přitáhne ruce k sobě, sníží svůj moment setrvačnosti. Aby se zachoval moment hybnosti, musí se zvýšit jeho rotační rychlost.
6. Otázka: Může být zachována hybnost, pokud na systém působí vnější síla? Odpověď: Po dobu působení vnější síly se hybnost nezachovává. V krátkých časových intervalech však může být změna zanedbatelná a hybnost se přibližně zachovává.
7. Otázka: Co je to nepružná srážka vzhledem k hybnosti? Odpověď: Při nepružné srážce se zachová hybnost, ale kinetická energie nikoli. Objekty se během srážky mohou slepit nebo deformovat.
8. Otázka: Jak může systém získat hybnost bez vnější síly? Odpověď: Systém nemůže získat hybnost bez vnější síly. Newtonův třetí zákon zajišťuje, že akce v systému mají stejné a opačné reakce, takže čistá hybnost zůstává nezměněna.
9. Otázka: Co je impuls a jaký je jeho vztah k hybnosti? Odpověď: Impuls je změna hybnosti tělesa. Je dán součinem síly působící na těleso a doby, po kterou působí. Impuls je také vektorová veličina.
10. Otázka: Jak airbagy v autech využívají koncept hybnosti? Odpověď: Airbagy prodlužují dobu, během níž dojde k nárazu. Tím se snižuje síla působící na cestující, hybnost se mění pozvolněji a snižuje se riziko zranění.
11. Otázka: Jak se liší odrážení od lepení z hlediska zachování hybnosti při srážkách? Odpověď: V obou případech je hybnost zachována. Když se však objekty odrážejí, mohou si vyměnit více kinetické energie, než když se drží pohromadě.
12. Otázka: Může mít jeden objekt zákon zachované hybnosti? Odpověď: Hybnost izolovaného objektu je zachována, pokud na něj nepůsobí vnější síla.
13. Otázka: Jak souvisí hybnost s třetím Newtonovým zákonem? Odpověď: Newtonův třetí zákon říká, že každá akce má stejnou a opačnou reakci. To zajišťuje, že změny hybnosti jsou vyvážené mezi interagujícími objekty, což vede k zachování hybnosti.
14. Otázka: Proč kulka vystřelená z pistole způsobí zpětný ráz? Odpověď: Jak kulka získává dopřednou hybnost, zbraň získává stejnou hybnost zpět díky zákonu zachování hybnosti.
15. Otázka: Může být hybnost v systému s pohybujícími se objekty nulová? Odpověď: Ano, pokud je vektorový součet všech jednotlivých momentů nulový. Například dva objekty o stejné hmotnosti a rychlosti pohybující se v opačných směrech mají nulovou celkovou hybnost.
16. Otázka: Jak souvisí pohyb těžiště se zákonem zachování hybnosti? Odpověď: Pohyb těžiště systému je přímo úměrný celkové hybnosti systému. Pokud nepůsobí žádné vnější síly, těžiště se bude pohybovat konstantní rychlostí.
17. Otázka: Zachovává se hybnost při explozích vždy? Odpověď: Ano, celková hybnost před explozí (obvykle nulová) je rovna celkové hybnosti po ní, i když se jednotlivé části mohou pohybovat různými směry.
18. Otázka: Jak hráči poolu využívají principy zachování hybnosti? Odpověď: Při odpalování kulečníkových koulí hráči předvídají, jak se míče budou pohybovat po srážce, na základě zachování hybnosti, což jim umožňuje předpovídat výsledky úderů.
19. Otázka: Proč se auto nezastaví ihned po vypnutí motoru? Odpověď: Kvůli své hybnosti. Pokud na něj nepůsobí vnější síla (jako je tření), bude se pohybovat dál.
20. Otázka: V systému dvou objektů, pokud se hybnost jednoho objektu zvýší, co se stane s hybností druhého objektu? Odpověď: Hybnost druhého objektu se v opačném směru sníží o stejnou hodnotu, přičemž celková hybnost zůstane zachována.
Pochopení zákonu zachování hybnosti je základem fyziky a má aplikace od základní mechaniky až po pokročilé obory studia.
