Lineaarisen liikemäärän säilyminen
Lineaarisen liikemäärän säilymislaki sanoo, että jos kahteen törmäävään kappaleeseen ei vaikuta ulkoinen voima, kappaleiden liikemäärä ennen törmäystä on yhtä suuri kuin kappaleiden liikemäärä törmäyksen jälkeen.
p1 + p2 = p1 ' + p2 ' …………….. Yhtälö 1.4
m 1 v 1 + m 2 v 2 = m 1 v 1 ' + m 2 v 2 '
Jos törmäyksen jälkeen molemmat kappaleet tarttuvat toisiinsa,
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v'
jossa: m1 = kappaleen 1 massa, m2 = kappaleen 2 massa, v1 = kappaleen 1 nopeus ennen törmäystä, v2 = kappaleen 2 nopeus ennen törmäystä, v1' = kappaleen 1 nopeus törmäyksen jälkeen, v2 ' = kappaleen 2 nopeus törmäyksen jälkeen, v' = molempien kappaleiden nopeus törmäyksen jälkeen
v:llä tai v':llä on positiivinen etumerkki, jos kohde liikkuu oikealle, ja negatiivinen etumerkki, jos kohde liikkuu vasemmalle. Jos kohteiden liikesuunnat ovat tuntemattomat, mutta molemmat kohteet liikkuvat vastakkaisiin suuntiin, jommallakummalla v:stä tai v':stä on positiivinen etumerkki ja toisella negatiivinen etumerkki. Jos molemmat kohteet liikkuvat samaan suuntaan, molempien kohteiden v:llä tai v':llä on sama suunta. Positiivinen tai negatiivinen etumerkki osoittaa kohteen liikesuunnan.
20 käsitteellistä kysymystä ja vastausta liikemäärän säilymisestä:
1. Kysymys: Mikä on lineaarinen liikemäärä? Vastaus: Lineaarinen liikemäärä, jota usein kutsutaan vain liikemääräksi, on kappaleen massan ja sen nopeuden tulo. Se on vektorisuure ja sitä esitetään kaavalla �= .
2. Kysymys: Miten liikemäärän säilymislaki pätee törmäyksissä? Vastaus: Järjestelmän kokonaisliikemäärä ennen törmäystä on yhtä suuri kuin kokonaisliikemäärä törmäyksen jälkeen, edellyttäen, että järjestelmään ei vaikuta ulkoisia voimia.
3. Kysymys: Missä tilanteissa lineaarinen liikemäärä säilyy? Vastaus: Lineaarinen liikemäärä säilyy kaikissa tilanteissa, joissa järjestelmään kohdistuva ulkoinen nettovoima on nolla.
4. Kysymys: Kuinka raketti liikkuu avaruudessa eteenpäin, kun siihen ei vaikuta ulkoista voimaa? Vastaus: Avaruudessa raketti työntää kaasuja ulos taaksepäin, ja liikemäärän säilymislain vuoksi raketti liikkuu eteenpäin. Poistettujen kaasujen ja raketin liikemäärä pysyy yhtä suurena ja vastakkaisena, jolloin nettoliikemäärä on nolla.
5. Kysymys: Miksi luistelija pyörii nopeammin, kun hän vetää kätensä sisäänpäin? Vastaus: Kun luistelija vetää kätensä sisäänpäin, niiden hitausmomentti pienenee. Pyörimisnopeuden on kasvettava liikemäärän säilyttämiseksi.
6. Kysymys: Voiko liikemäärä säilyä, jos järjestelmään vaikuttaa ulkoinen voima? Vastaus: Ulkoisen voiman vaikutuksen aikana liikemäärä ei säily. Lyhyillä aikaväleillä muutos voi kuitenkin olla merkityksetön ja liikemäärä säilyy suunnilleen ennallaan.
7. Kysymys: Mitä tarkoittaa epäelastinen törmäys liikemäärän suhteen? Vastaus: Epäelastisessa törmäyksessä liikemäärä säilyy, mutta liike-energia ei. Kappaleet voivat tarttua yhteen tai muuttaa muotoaan törmäyksen aikana.
8. Kysymys: Kuinka systeemi voi saada liikemäärää ilman ulkoista voimaa? Vastaus: Systeemi ei voi saada liikemäärää ilman ulkoista voimaa. Newtonin kolmas laki varmistaa, että systeemin sisäisillä toimilla on yhtä suuret ja vastakkaiset reaktiot, joten nettoliikemäärä pysyy muuttumattomana.
9. Kysymys: Mikä on impulssi ja sen suhde liikemäärään? Vastaus: Impulssi on kappaleen liikemäärän muutos. Se on kappaleeseen vaikuttavan voiman ja sen vaikutusajan tulo. Impulssi on myös vektorisuure.
10. Kysymys: Miten autojen turvatyynyt hyödyntävät liikemäärän käsitettä? Vastaus: Turvatyynyt pidentävät törmäysaikaa. Tämä vähentää matkustajiin kohdistuvaa voimaa, jolloin liikemäärä muuttuu hitaammin ja vammat vähenevät.
11. Kysymys: Miten pomppiminen eroaa tarttumisesta törmäyksissä liikemäärän säilymisen kannalta? Vastaus: Molemmissa tapauksissa liikemäärä säilyy. Pomppiessaan kappaleet saattavat kuitenkin vaihtaa enemmän liike-energiaa kuin tarttuessaan toisiinsa.
12. Kysymys: Voiko yksittäinen kappale säilyttää liikemäärän? Vastaus: Eristetyn kappaleen liikemäärä säilyy, ellei siihen vaikuta ulkoinen voima.
13. Kysymys: Miten liikemäärä liittyy Newtonin kolmanteen lakiin? Vastaus: Newtonin kolmannen lain mukaan jokaisella toiminnolla on yhtä suuri ja vastakkainen reaktio. Tämä varmistaa, että liikemäärän muutokset ovat tasapainossa vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden välillä, mikä johtaa liikemäärän säilymiseen.
14. Kysymys: Miksi aseesta ammuttu luoti saa aseen rekyylin? Vastaus: Kun luoti saa eteenpäin suuntautuvaa liikemäärää, ase saa yhtä paljon taaksepäin suuntautuvaa liikemäärää liikemäärän säilymislain vuoksi.
15. Kysymys: Voiko liikemäärä olla nolla järjestelmässä, jossa on liikkuvia kappaleita? Vastaus: Kyllä, jos kaikkien yksittäisten momenttien vektorisumma on nolla. Esimerkiksi kahdella samanmassaisella ja -nopeudella varustetulla kappaleella, jotka liikkuvat vastakkaisiin suuntiin, on nettoliikemäärä nolla.
16. Kysymys: Miten massakeskipiste liittyy liikemäärän säilymiseen? Vastaus: Järjestelmän massakeskipisteen liike on suoraan yhteydessä järjestelmän kokonaisliikemäärään. Jos ulkoisia voimia ei vaikuta, massakeskipiste liikkuu vakionopeudella.
17. Kysymys: Säilyykö räjähdyksissä aina liikemäärä? Vastaus: Kyllä, kokonaisliikemäärä ennen räjähdystä (yleensä nolla) on yhtä suuri kuin kokonaisliikemäärä räjähdyksen jälkeen, vaikka kappaleet liikkuisivat eri suuntiin.
18. Kysymys: Miten poolin pelaajat käyttävät liikemäärän säilymisen periaatetta? Vastaus: Lyödessään poolin palloja pelaajat ennakoivat, miten pallot liikkuvat törmäyksen jälkeen liikemäärän säilymisen periaatteen perusteella, minkä ansiosta he voivat ennustaa lyönnin lopputuloksen.
19. Kysymys: Miksi auto ei pysähdy heti moottorin sammuttamisen jälkeen? Vastaus: Liikemääränsä ansiosta. Ellei siihen vaikuta ulkoinen voima (kuten kitka), se jatkaa liikkumistaan.
20. Kysymys: Kahden kappaleen järjestelmässä, jos toisen kappaleen liikemäärä kasvaa, mitä tapahtuu toisen kappaleen liikemäärälle? Vastaus: Toisen kappaleen liikemäärä pienenee yhtä paljon vastakkaiseen suuntaan, jolloin kokonaisliikemäärä säilyy.
Lineaarisen liikemäärän säilymislain ymmärtäminen on fysiikan perusta, ja sillä on sovelluksia perusmekaniikasta edistyneisiin tutkimusaloihin.
