Անառաձգական բախումներ
Կինետիկ էներգիայի պահպանման օրենքը կիրառելի չէ ոչ առաձգական բախումների դեպքում: Իմպուլսի պահպանման օրենքը կիրառելի է ոչ առաձգական բախումների դեպքում միայն այն դեպքում, եթե երկու բախվող մարմինների վրա արտաքին ուժ չի ազդում: Անառաձգական բախման դեպքում երկու մարմիններ բախումից հետո կպչում են միմյանց կամ կպչում են միմյանց:
Օրինակ հարց 1։
Երկու մարմիններ ունեն նույն զանգվածը՝ 1 կգ: Մարմին 1-ը շարժվում է հարթ հարթության վրա 10 մ/վ արագությամբ և բախվում է անշարժ վիճակում գտնվող մարմին 2-ի հետ: Բախումից հետո երկու մարմինները կպչում են միմյանց: Որքա՞ն է երկու մարմինների արագությունը բախումից հետո:
Հայտնի է.
մ 1 = 1 կգ, մ 2 = 1 կգ, v 1 = 10 մ/վ, v 2 = 0
Փնտրվում է :v'
Լուծում.
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v'
(1 կգ)(10 մ/վ) + 0 = (1 կգ + 1 կգ) v'
10 կգ մ/վ = (2 կգ) v'
v' = 10 կգ մ/վ : 2 կգ = 5 մ/վ
Օրինակ հարց 2։
Երեք բլոկներ շարժվում են 3 մվ -1 արագությամբ և բախվում են հանգստի վիճակում գտնվող մեկ այլ բլոկի։
Բախումը ոչ առաձգական է։ Բլոկի արագության կարգը բախումից հետո՝ ամենամեծից մինչև ամենափոքրը, հետևյալն է…
Լուծում.
Գծապատկեր 1:
Վերջնական իմպուլս = սկզբնական իմպուլս
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(4մ)(3) + (մ)(0) = (4մ + մ) v
12մ + 0 = (5մ) v
12մ = 5մ վ
v = 12մ / 5մ = 12/5 = 2.4 մ/վ
Գծապատկեր 2:
Վերջնական իմպուլս = Սկզբնական իմպուլս
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(մ)(3) + (3մ)(0) = (մ + 3մ) v
3մ + 0 = (4մ) v
3մ = 4մ վ
v = 3մ / 4մ = 3/4 = 0.75 մ/վ
Գծապատկեր 3:
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(մ)(3) + (մ)(0) = (մ + մ) v
3մ + 0 = (2մ) v
3մ = 2մ վ
v = 3մ / 2մ = 3/2 = 1.5 մ/վ
Օրինակ հարց 3։
Երկու m 1 = 2 կգ և m 2 = 1 կգ զանգվածով գնդակներ շարժվում են հակառակ ուղղությամբ՝ v 1 = 2 մվ -1 և v 2 = 4 մվ -1 արագությամբ, ինչպես ցույց է տրված ստորև բերված նկարում: Եթե բախումը ոչ առաձգական է, որքա՞ն է երկու գնդակների արագությունը բախումից հետո:
Հայտնի է.
Գնդակի զանգվածը՝ 1 (մ)1) = 2 կգ
Գնդակի զանգվածը 2 (մ² ) = 1 կգ
Գնդակի 1 արագությունը բախումից առաջ (v1 ) = 2 մ/վ
Գնդակ 2-ի արագությունը բախումից առաջ (v2 ) = -4 մ/վ
Գումարած և մինուս նշանները ցույց են տալիս, որ երկու գնդակներն էլ շարժվում են հակառակ ուղղություններով։
Ցանկալի է ՝ գնդակների արագությունը բախումից հետո (v')
Լուծում.
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
Օրինակ հարց 4։
Երկու մարմին՝ A-ն և B-ն, որոնցից յուրաքանչյուրը զանգված ունի, մոտենում են միմյանց v A = 4 մվ -1 և v B = 5 մվ -1 արագություններով ։ Եթե բախումը առաձգական չէ, որքա՞ն է երկու մարմինների արագությունը բախումից հետո։
Հայտնի է.
A մարմնի զանգվածը (մ² ) = 1.5 կգ
B մարմնի զանգվածը (մ² ) = 1.5 կգ
A մարմնի արագությունը բախումից առաջ (v A ) = 4 մ/վ (գումարած նշան, դեպի աջ)
Բ մարմնի արագությունը բախումից առաջ (v B ) = -5 մ/վ (մինուս նշան, դեպի ձախ)
Ցանկալի է. Երկու մարմինների արագությունը բախումից հետո
Լուծում.
Գծային իմպուլսի պահպանումը՝
մ Ա վ Ա + մ Բ վ Բ = (մ Ա + մ Բ ) վ'
(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 մ/վ
Հանած նշանը ցույց է տալիս, որ երկու առարկաներն էլ շարժվում են դեպի ձախ։
20 հայեցակարգային հարց և պատասխան ոչ առաձգական բախումների մասին.
1. Հարց. Ի՞նչն է սահմանում ոչ առաձգական բախումը: Պատասխան. Ոչ առաձգական բախման ժամանակ կինետիկ էներգիան չի պահպանվում, չնայած իմպուլսը պահպանվում է: Սկզբնական կինետիկ էներգիայի մի մասը վերածվում է էներգիայի այլ ձևերի:
2. Հարց. Ինչո՞վ է տարբերվում բացարձակապես ոչ առաձգական բախումը մասնակիորեն ոչ առաձգական բախումից: Պատասխան. Բացարձակապես ոչ առաձգական բախման դեպքում մարմինները բախումից հետո կպչում են միմյանց: Մասամբ ոչ առաձգական բախման դեպքում մարմինները բաժանվում են, բայց դեռևս տեղի է ունենում կինետիկ էներգիայի կորուստ:
3. Հարց. Ի՞նչն է պահպանվում բոլոր տեսակի բախումների ժամանակ, այդ թվում՝ ոչ առաձգականների: Պատասխան. Իմպուլսը միշտ պահպանվում է բոլոր բախումների ժամանակ՝ անկախ դրանց առաձգականությունից:
4. Հարց. Ինչո՞ւ կինետիկ էներգիան չի պահպանվում ոչ առաձգական բախումների ժամանակ: Պատասխան. Կինետիկ էներգիայի մի մասը վերածվում է էներգիայի այլ ձևերի, ինչպիսիք են պոտենցիալ էներգիան, ջերմությունը կամ ձայնը:
5. Հարց. Ինչպե՞ս կարելի է նույնականացնել ոչ առաձգական բախումը՝ պարզապես դիտարկելով բախումից առաջ և հետո արագությունները: Պատասխան. Բախումից առաջ ընդհանուր կինետիկ էներգիան մեծ կլինի բախումից հետո ընդհանուր կինետիկ էներգիայից:
6. Հարց. Կարո՞ղ են անառաձգական բախումներ տեղի ունենալ միայն մեկ չափողականությամբ: Պատասխան. Ոչ, անառաձգական բախումները կարող են տեղի ունենալ մեկ, երկու կամ երեք չափողականություններում: Սկզբունքները մնում են նույնը, միայն վեկտորային հաշվարկներն են դառնում ավելի բարդ:
7. Հարց. Մասնիկների ֆիզիկայի համատեքստում ո՞րն է ոչ առաձգական բախումների տարածված արդյունքը: Պատասխան. Մասնիկների ֆիզիկայում ոչ առաձգական բախումները հաճախ հանգեցնում են բախվող մասնիկների վերափոխմանը տարբեր մասնիկների:
8. Հարց. Ինչպե՞ս կարելի է որոշել ոչ առաձգական բախման ժամանակ կորսված էներգիայի քանակը։ Պատասխան. Հաշվարկելով ընդհանուր սկզբնական կինետիկ էներգիայի և ընդհանուր վերջնական կինետիկ էներգիայի տարբերությունը։
9. Հարց. Ինչո՞ւ ոչ առաձգական բախումները չեն խախտում էներգիայի պահպանման օրենքը: Պատասխան. Էներգիան դեռևս պահպանվում է. այն պարզապես մի ձևից (կինետիկ) փոխակերպվում է մյուսների (օրինակ՝ ջերմության կամ ձայնի), այլ ոչ թե մնում է միայն որպես կինետիկ էներգիա:
10. Հարց. Արդյո՞ք իրական աշխարհում բախումների մեծ մասը առաձգական է: Պատասխան. Այո, իրական աշխարհում բախումների մեծ մասը առաձգական է, քանի որ սովորաբար տեղի է ունենում կինետիկ էներգիայի որոշակի փոխակերպում այլ ձևերի:
11. Հարց. Անառաձգական բախման դեպքում, եթե երկու մարմիններ մնում են միմյանց կպած, ի՞նչ կարելի է ասել նրանց համակցված արագության մասին: Պատասխան. Նրանց համակցված արագությունը որոշվում է իմպուլսի պահպանման օրենքով: Բախումից հետո երկու մարմինները կշարժվեն ընդհանուր արագությամբ:
12. Հարց. Ինչպե՞ս է վերականգնման գործակիցը կապված ոչ առաձգական բախումների հետ: Պատասխան. Վերականգնման գործակիցը, որը նշանակվում է որպես , չափում է բախման «ցատկունակությունը»: Լիովին ոչ առաձգական բախումների դեպքում �=0 է :
13. Հարց. Ինչո՞ւ կարող է ոչ առաձգական բախումը ձայն առաջացնել: Պատասխան. Բախումը կարող է բախվող մարմինների մոտ տատանումներ առաջացնել, որոնք կարող են ձայնային ալիքներ առաջացնել շրջակա միջավայրում:
14. Հարց. Կարո՞ղ է գրավիտացիոն պոտենցիալ էներգիան գործոն լինել ոչ առաձգական բախումների դեպքում: Պատասխան. Այո, հատկապես, եթե բախման արդյունքում փոխվում է մարմինների բարձրությունը կամ դիրքը, ինչը կինետիկ էներգիան վերածում է գրավիտացիոն պոտենցիալ էներգիայի:
15. Հարց. Ինչո՞ւ ռետինե գնդիկները չեն ենթարկվում լիովին անառաձգական բախումների, չնայած «ցատկող» լինելուն: Պատասխան. Ռետինե գնդիկները ենթարկվում են առաձգական կամ գրեթե առաձգական բախումների, քանի որ դրանք հակված են պահպանել իրենց կինետիկ էներգիայի մեծ մասը և հետ ցատկել: Դրանք չեն կպչում միմյանց, ինչը բնորոշ կլինի լիովին անառաձգական բախմանը:
16. Հարց. Կարո՞ղ են երկու փափուկ կավե գնդիկներ ցույց տալ բացարձակապես անառաձգական բախում: Պատասխան. Այո, քանի որ երբ երկու փափուկ կավե գնդիկներ բախվում են, դրանք հակված են միմյանց կպչելուն և հետ չցատկելուն, ինչը բնորոշ է բացարձակապես անառաձգական բախմանը:
17. Հարց. Հնարավո՞ր է, որ ոչ առաձգական բախումը տեղի ունենա առանց ձայնի կամ ջերմության առաջացման: Պատասխան. Դա հազվադեպ է, բայց հնարավոր: Էներգիան կարող է ցրվել այլ աննկատ ձևերով կամ պահպանվել որպես ներքին պոտենցիալ էներգիա:
18. Հարց. Կարո՞ղ են անառաձգական բախումները շրջվել: Պատասխան. Ընդհանուր առմամբ, անառաձգական բախումները շրջելի չեն, քանի որ կինետիկ էներգիայի այլ ձևերի փոխակերպումը դժվարացնում է սկզբնական վիճակին վերադառնալը:
19. Հարց. Ինչպե՞ս է օդի դիմադրությունը կապված ոչ առաձգական բախումների հետ: Պատասխան. Օդի դիմադրությունը կարող է բախումներն ավելի ոչ առաձգական դարձնել՝ կինետիկ էներգիայի մի մասը ջերմության տեսքով ցրելով:
20. Հարց. Արդյո՞ք ոչ առաձգական բախումները հետևանքներ ունեն անվտանգության նախագծման համար, ինչպիսիք են մեքենաների կռճկման գոտիները: Պատասխան. Այո, մեքենաների կռճկման գոտիները նախագծված են ոչ առաձգական բախումների ենթարկվելու համար, կլանելով կինետիկ էներգիան և նվազեցնելով ուղևորների վրա ազդող ուժերը:
Անառաձգական բախումները կարևոր դեր են խաղում ֆիզիկայի պահպանման օրենքները հասկանալու գործում և անբաժանելի են բազմաթիվ գործնական կիրառությունների և անվտանգության նախագծման մեջ։
