שימור תנע ליניארי
חוק שימור התנע הליניארי קובע שאם אין כוח חיצוני הפועל על שני גופים מתנגשים, התנע של הגופים לפני ההתנגשות שווה לתנע של הגופים לאחר ההתנגשות.
p 1 + p 2 = p 1 ' + p 2 ' ………………….. משוואה 1.4
m 1 v 1 + m 2 v 2 = m 1 v 1 ' + m 2 v 2 '
אם לאחר התנגשות שני העצמים נדבקים זה לזה,
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v'
כאשר: m1 = מסת גוף 1, m2 = מסת גוף 2, v1 = מהירות גוף 1 לפני ההתנגשות, v2 = מהירות גוף 2 לפני ההתנגשות, v1 ' = מהירות גוף 1 לאחר ההתנגשות, v2 ' = מהירות גוף 2 לאחר ההתנגשות, v' = מהירות שני העצמים לאחר ההתנגשות
ל-v או ל-v' יש סימן חיובי אם העצם נע ימינה, ול-v' יש סימן שלילי אם העצם נע שמאלה. אם כיווני התנועה של העצם אינם ידועים, אך שני העצמים נעים בכיוונים מנוגדים, ל-v או ל-v' יש סימן חיובי בעוד שלשני יש סימן שלילי. אם שני העצמים נעים באותו כיוון, ל-v או ל-v' של שני העצמים יש את אותו כיוון. הסימן החיובי או השלילי מציין את כיוון תנועת העצם.
20 שאלות ותשובות מושגיות על שימור תנע ליניארי:
1. שאלה: מהו תנע ליניארי? תשובה: תנע ליניארי, המכונה לעתים קרובות רק תנע, הוא מכפלה של המסה של גוף ומהירותו. זהו גודל וקטורי ומיוצג על ידי �=
2. שאלה: כיצד שימור התנע הליניארי חל בהתנגשויות? תשובה: התנע הכולל של מערכת לפני התנגשות שווה לתנע הכולל לאחר ההתנגשות, בתנאי שלא פועלים על המערכת כוחות חיצוניים.
3. שאלה: באילו תרחישים נשמר תנע ליניארי? תשובה: תנע ליניארי נשמר בכל התרחישים שבהם הכוח החיצוני נטו על המערכת הוא אפס.
4. שאלה: כיצד טיל בחלל נע קדימה בהינתן שאין כוח חיצוני הפועל עליו? תשובה: טיל בחלל פולט גזים לאחור, ובשל שימור התנע, הטיל נע קדימה. התנע של הגזים הנפלטים והתנע של הטיל נשאר שווה ומנוגד, ושומר על תנע נטו של אפס.
5. שאלה: מדוע מחליק על הקרח מסתובב מהר יותר כשהוא מושך את זרועותיו פנימה? תשובה: כאשר המחליק מושך את זרועותיו פנימה, הוא מפחית את מומנט האינרציה שלו. כדי לשמר את התנע הזוויתי, מהירות הסיבוב שלו חייבת לעלות.
6. שאלה: האם ניתן לשמר תנע אם פועל כוח חיצוני על מערכת? תשובה: במשך כל פעולת הכוח החיצוני, התנע לא יישמר. עם זאת, במרווחי זמן קצרים, השינוי עשוי להיות זניח והתנע נשמר בקירוב.
7. שאלה: מהי התנגשות לא אלסטית ביחס לתנע? תשובה: בהתנגשות לא אלסטית, התנע נשמר, אך אנרגיה קינטית לא. עצמים עלולים להידבק זה לזה או להתעוות במהלך ההתנגשות.
8. שאלה: כיצד מערכת יכולה לצבור תנע ללא כוח חיצוני? תשובה: מערכת לא יכולה לצבור תנע ללא כוח חיצוני. החוק השלישי של ניוטון מבטיח שלפעולות בתוך מערכת יש תגובות שוות ומנוגדות, כך שהתנע נטו נשאר ללא שינוי.
9. שאלה: מהו אימפולס והקשר שלו לתנע? תשובה: אימפולס הוא השינוי בתנע של גוף. הוא ניתן על ידי מכפלת הכוח הפועל על גוף ומשך הזמן בו הוא פועל. אימפולס הוא גם גודל וקטורי.
10. שאלה: כיצד כריות אוויר במכוניות משתמשות במושג התנע? תשובה: כריות אוויר מאריכות את משך הזמן בו מתרחשת התנגשות. זה מפחית את הכוח שחווים הנוסעים, משנה את התנע בצורה הדרגתית יותר ומפחית פציעות.
11. שאלה: במה שונה הקפצה מהידבקות מבחינת שימור התנע בהתנגשויות? תשובה: בשני המקרים, התנע נשמר. עם זאת, כאשר עצמים קופצים, הם עשויים להחליף יותר אנרגיה קינטית מאשר כאשר הם נדבקים זה לזה.
12. שאלה: האם יכול להיות לגוף בודד תנע שמור? תשובה: התנע של גוף בודד נשמר אלא אם כן פועל עליו כוח חיצוני.
13. שאלה: כיצד קשור התנע לחוק השלישי של ניוטון? תשובה: החוק השלישי של ניוטון קובע שלכל פעולה יש תגובה שווה והפוכה. זה מבטיח ששינויי התנע מאוזנים בין עצמים הפועלים זה בזה, מה שמוביל לשימור התנע.
14. שאלה: מדוע כדור שנורה מרובה גורם לרתע שלו? תשובה: כאשר הכדור צובר תנע קדימה, הרובה צובר כמות שווה של תנע אחורה עקב שימור התנע.
15. שאלה: האם התנע יכול להיות אפס במערכת עם עצמים נעים? תשובה: כן, אם סכום הווקטור של כל המומנטים הבודדים הוא אפס. לדוגמה, לשני עצמים בעלי מסה ומהירות שוות הנעים בכיוונים מנוגדים יש תנע נקי של אפס.
16. שאלה: כיצד תנועת מרכז המסה קשורה לשימור התנע? תשובה: תנועת מרכז המסה של מערכת קשורה ישירות לתנע הכולל של המערכת. אם לא פועלים כוחות חיצוניים, מרכז המסה ינוע במהירות קבועה.
17. שאלה: האם התנע תמיד נשמר בפיצוצים? תשובה: כן, התנע הכולל לפני פיצוץ (בדרך כלל אפס) שווה לתנע הכולל לאחר מכן, למרות שהחלקים עשויים לנוע בכיוונים שונים.
18. שאלה: כיצד שחקני ביליארד משתמשים בעקרונות שימור התנע? תשובה: כאשר הם מכים כדורי ביליארד, השחקנים צופים כיצד הכדורים ינועו לאחר ההתנגשות על סמך שימור התנע, מה שמאפשר להם לחזות את תוצאות הזריקות.
19. שאלה: מדוע מכונית לא עוצרת מיד לאחר כיבוי המנוע? תשובה: בגלל התנע שלה. אלא אם כן יפעל עליה כוח חיצוני (כמו חיכוך), היא תמשיך לנוע.
20. שאלה: במערכת של שני גופים, אם התנע של גוף אחד עולה, מה קורה לתנע של הגוף השני? תשובה: התנע של הגוף השני יקטן בכמות שווה בכיוון ההפוך, תוך שמירה על התנע הכולל.
הבנת שימור התנע הליניארי היא בסיסית בפיזיקה ויש לה יישומים הנעים בין מכניקה בסיסית ועד לתחומי מחקר מתקדמים.
