Osaliselt elastsed kokkupõrked
Osaliselt elastsete kokkupõrgete korral kehtib impulsi jäävuse seadus, kineetilise energia jäävuse seadus aga mitte. Kokkupõrke ajal muundub osa kineetilisest energiast helienergiaks, soojusenergiaks ja siseenergiaks. Sõna "elastne" kasutamine näitab, et pärast kokkupõrget kaks objekti ei kleepu kokku, vaid põrkavad teineteisest eemale.
Osaliselt elastse kokkupõrke näide on kahe marmori või kahe piljardipalli ühemõõtmeline kokkupõrge.
Näidisküsimus 1.
Objektid A ja B massidega vastavalt 1 kg ja 2 kg liiguvad vastassuundades kiirustega vastavalt 4 m/s ja 2 m/s ning põrkuvad kokku osaliselt elastses kokkupõrkes. Kui objekt A liigub pärast kokkupõrget kiirusega 2 m/s, siis milline on objekti B kiirus?
Tuntud:
m A = 1 kg, m B = 2 kg, v A = 4 m/s (oletame, et paremal), v B = -2 m/s (oletame, et vasakul), v A ' = – 2 m/s
Otsitakse: v B '
lahendus:
mA vA + mB vB = mA vA ' + mB vB '
(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 '
vB ' = 1 m/s
Pärast kokkupõrget liigub objekt B kiirusega 1 m/s (oletame, et paremale) ja objekt A kiirusega 2 m/s (oletame, et vasakule).
Näidisküsimus 2.
Objektid A ja B massiga 4 kg ja 5 kg lähenevad teineteisele vastassuunas, nagu on näidatud alloleval joonisel. Pärast kokkupõrget vahetasid mõlemad objektid suunda kiirusega A = 4 ms -1 ja kiirusega B = 2 ms - 1. Milline oli objekti B kiirus enne kokkupõrget?
Tuntud:
Objekti A mass (mA) = 4 kg
Objekti B mass (m B ) = 5 kg
Objekti A kiirus enne kokkupõrget (vA ) = 6 m/s
Objekti A kiirus pärast kokkupõrget (v A ') = 4 m/s
Objekti B kiirus pärast kokkupõrget (v B ') = -2 m/s
Pluss- ja miinusmärgid näitavad, et mõlemad objektid liiguvad vastassuundades.
Otsitakse: objekti B kiirust enne kokkupõrget ( vB )
lahendus:
mA vA + mB vB = mA vA ' + mB vB '
(4)(6) + (5)(-2) = (4)(4) + (5)(vB ' )
24 – 10 = 16 + 5(vB ' )
14 – 16 = 5 (v B ')
-2 = 5 (v B ')
v B ' = -2/5
v B ' = -0.4
Miinusmärk näitab, et objekti suund pärast kokkupõrget erineb suunast enne kokkupõrget.
Näidisküsimus 3.
Kaks sama massiga objekti lähenevad teineteisele, nagu on näidatud alloleval joonisel.
Kui v 2 ' on objekti (2) kiirus pärast kokkupõrget paremale kiirusega 5 ms –1 , siis milline on objekti kiirus v 1 ' (1) pärast kokkupõrget?
Tuntud:
Iga objekti mass = m
Objekti 1 kiirus enne kokkupõrget (v1 ) = 8 m/s
Objekti 2 kiirus enne kokkupõrget (v2 ) = 10 m/s
Objekti 2 kiirus pärast kokkupõrget (v2 ' ) = 5 m/s
Otsitakse: objekti 1 kiirust pärast kokkupõrget (v1 ' )
lahendus:
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 = v1 ' + 5
18 = v1 ' + 5
v 1 ' = 18-5
v1 ' = 13 m/s
20 kontseptuaalset küsimust ja vastust osaliselt elastsete kokkupõrgete kohta:
1. Küsimus: Mis on osaliselt elastne kokkupõrge? Vastus: Osaliselt elastne kokkupõrge on selline, kus osa kineetilisest energiast säilib, kuid mitte kogu. Objektid põrkavad üksteisest tagasi, kuid mitte kogu oma algse kineetilise energiaga.
2. Küsimus: Mille poolest erineb osaliselt elastne kokkupõrge ideaalselt elastsest kokkupõrkest? Vastus: Täiesti elastse kokkupõrke korral säilib kogu kineetiline energia, osaliselt elastse kokkupõrke korral aga ainult osa kineetilisest energiast.
3. Küsimus: Mis säilib osaliselt elastse kokkupõrke korral? Vastus: Impulss säilib igat tüüpi kokkupõrgete korral, kaasa arvatud osaliselt elastsete kokkupõrgete korral.
4. Küsimus: Kuidas kasutatakse taastumiskordajat kokkupõrke elastsuse kirjeldamiseks? Vastus: Osaliselt elastsete kokkupõrgete korral 0<�<1 Mida lähemal on väärtusele 1, seda elastsem on kokkupõrge.
5. Küsimus: Kas taastumiskoefitsient saab olla suurem kui 1? Vastus: Ei. Asenduskoefitsient, mis on suurem kui 1, tähendaks suuremat kineetilist energiat pärast kokkupõrget kui enne seda, mis rikub energia jäävuse reeglit.
6. Küsimus: Miks ei säili kogu kineetiline energia osaliselt elastsetes kokkupõrgetes? Vastus: Osa kineetilisest energiast muundub teisteks vormideks, näiteks heliks, soojuseks või objektide deformatsiooniks.
7. Küsimus: Kuidas saab määrata osaliselt elastse kokkupõrke korral säilinud kineetilise energia hulka? Vastus: Võrreldes kogu kineetilist energiat enne ja pärast kokkupõrget.
8. Küsimus: Kas osaliselt elastsed kokkupõrked tekitavad alati heli? Vastus: Mitte alati, aga heli võib tekkida kokkupõrke tagajärjel tekkivate vibratsioonide tõttu.
9. Küsimus: Mis juhtub kineetilise energiaga, mis osaliselt elastse kokkupõrke korral ei säili? Vastus: Tavaliselt muundub see deformatsiooni tõttu teisteks energiavormideks, näiteks soojuseks, heliks või potentsiaalseks energiaks.
10. Küsimus: Kuidas mõjutab materjali koostis kokkupõrke elastsust? Vastus: Mõned materjalid, näiteks kumm, kipuvad läbima elastsemaid kokkupõrkeid, samas kui teised, näiteks savi, on mitteelastsed. Enamik reaalseid kokkupõrkeid on aga materjalide omaduste ja muude tegurite tõttu osaliselt elastsed.
11. Küsimus: Kas kaks teraskuuli saavad omavahel osaliselt elastselt kokku põrgata? Vastus: Jah. Kuigi teraskuulide põrke võib tunduda peaaegu ideaalselt elastse, toimub tavaliselt väike energiakadu, mis muudab kuuli osaliselt elastseks.
12. Küsimus: Kas Maa kokkupõrget meteoriidiga peetakse osaliselt elastseks? Vastus: Üldiselt jah. Löök ei säilita kogu kineetilist energiat, kuna osa sellest muundub soojuseks, heliks ja kraatri tekkeks.
13. Küsimus: Kas vaakumis saab toimuda osaliselt elastne kokkupõrge? Vastus: Jah. Isegi ilma õhutakistuseta võivad kokkupõrkevate kehade sisemised omadused põhjustada energiakadusid.
14. Küsimus: Kuidas mõjutavad välised jõud, näiteks hõõrdumine, kokkupõrke elastsust? Vastus: Välised jõud võivad hajutada rohkem kineetilist energiat, muutes kokkupõrke mitteelastsemaks.
15. Küsimus: Kas on praktilisi rakendusi, kus osaliselt elastsete kokkupõrgete mõistmine on ülioluline? Vastus: Jah, spordis, inseneriteaduses ja liiklusõnnetuste analüüsis võib osaliselt elastsete kokkupõrgete mõistmine olla oluline.
16. Küsimus: Miks autotootjad uurivad osaliselt elastseid kokkupõrkeid? Vastus: Sõidukite konstrueerimiseks, mis suudavad löögienergiat tõhusalt neelata, kaitstes sõitjaid kokkupõrgete ajal.
17. Küsimus: Kas osakeste vastastikmõjusid kvanttasandil saab pidada osaliselt elastseks? Vastus: Jah. Kuigi kvantmehaanika toob kaasa uusi nähtusi, võivad osakesed siiski läbida vastastikmõjusid, kus kogu kineetiline energia ei säili.
18. Küsimus: Kuidas on molekulaarsed interaktsioonid seotud osaliselt elastsete kokkupõrgetega? Vastus: Molekulid võivad üksteisega kokku põrgates läbida osaliselt elastseid kokkupõrkeid, mille käigus kandub osa energiast üle molekulide vibratsioonideks või pöörlemisteks.
19. Küsimus: Kas korvpalli põrkamine väljakul näitab osaliselt elastset kokkupõrget? Vastus: Jah. Osa energiast kaob heli ja palli kerge deformatsioonina, mistõttu on kokkupõrge osaliselt elastne.
20. Küsimus: Kuidas mõjutab temperatuur gaaside kokkupõrgete elastsust? Vastus: Temperatuuri tõustes liiguvad gaasimolekulid kiiremini ja võivad energilisemalt kokku põrgata. Nende kokkupõrgete elastsus sõltub aga molekulaarsetest omadustest ega ole otseselt seotud temperatuuriga.
Osaliselt elastsete kokkupõrgete mõistmine annab ülevaate paljudest nähtustest nii igapäevaelus kui ka füüsikas ja inseneriteadustes.
