Perlanggaran Tak Anjal
Hukum pemuliharaan tenaga kinetik tidak terpakai dalam perlanggaran tak anjal. Hukum pemuliharaan momentum terpakai dalam perlanggaran tak anjal jika tiada daya luaran yang bertindak pada dua objek yang berlanggar. Dalam perlanggaran tak anjal, dua objek melekat bersama atau melekat antara satu sama lain selepas perlanggaran.
Contoh soalan 1.
Dua objek mempunyai jisim yang sama, iaitu 1 kg. Objek 1 bergerak di atas satah rata pada kelajuan 10 m/s dan berlanggar dengan objek dua yang sedang pegun. Selepas perlanggaran, kedua-dua objek itu melekat bersama. Berapakah kelajuan kedua-dua objek selepas perlanggaran?
Diketahui:
m1 = 1 kg, m2 = 1 kg, v1 = 10 m/s, v2 = 0
Dikehendaki : v'
Penyelesaian:
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v'
(1 kg)(10 m/s) + 0 = (1 kg + 1 kg) v'
10 kg m/s = (2 kg) v'
v' = 10 kg m/s : 2 kg = 5 m/s
Contoh soalan 2.
Tiga bongkah bergerak pada 3 ms -1 berlanggar dengan bongkah lain yang sedang pegun.
Perlanggaran itu tidak anjal. Tertib halaju bongkah selepas perlanggaran, dari yang terbesar hingga yang terkecil ialah…
Penyelesaian:
Gambar 1:
Momentum akhir = momentum awal
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(4m)(3) + (m)(0) = (4m + m) v
12m + 0 = (5m) v
12m = 5m v
v = 12m / 5m = 12/5 = 2.4 m/s
Gambar 2:
Momentum akhir = Momentum awal
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(m)(3) + (3m)(0) = (m + 3m) v
3m + 0 = (4m) v
3m = 4m v
v = 3m / 4m = 3/4 = 0.75 m/s
Gambar 3:
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(m)(3) + (m)(0) = (m + m)v
3m + 0 = (2m) v
3m = 2m v
v = 3m / 2m = 3/2 = 1.5 m/s
Contoh soalan 3.
Dua biji bola berjisim m 1 = 2 kg dan m 2 = 1 kg bergerak dalam arah yang bertentangan dengan laju v 1 = 2 ms -1 dan v 2 = 4 ms -1 seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah. Jika perlanggaran adalah tak kenyal, apakah laju kedua-dua biji bola selepas perlanggaran?
Diketahui:
Jisim bola 1 (m1) = 2 kg
Jisim bola 2 (m2 ) = 1 kg
Halaju bola 1 sebelum perlanggaran (v1 ) = 2 m/s
Halaju bola 2 sebelum perlanggaran (v2 ) = -4 m/s
Tanda tambah dan tolak menunjukkan bahawa kedua-dua bola bergerak dalam arah yang bertentangan.
Dikehendaki : Halaju bola selepas perlanggaran (v')
Penyelesaian:
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
Contoh soalan 4.
Dua objek, A dan B, dengan jisim setiap objek, berjisim 1.5 kg menghampiri satu sama lain dengan kelajuan v A = 4 ms -1 dan v B = 5 ms -1 . Jika perlanggaran itu tidak kenyal, apakah kelajuan kedua-dua objek selepas perlanggaran?
Diketahui:
Jisim objek A (mA ) = 1.5 kg
Jisim objek B (mB ) = 1.5 kg
Halaju objek A sebelum perlanggaran (v A ) = 4 m/s (tanda tambah, ke kanan)
Halaju objek B sebelum perlanggaran (vB ) = -5 m/s (tanda tolak, ke kiri)
Dikehendaki: Laju kedua-dua objek selepas perlanggaran
Penyelesaian:
Pemuliharaan momentum linear:
m A v A + m B v B = (m A + m B ) v'
(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 m/s
Tanda tolak menunjukkan bahawa kedua-dua objek bergerak ke kiri.
20 soalan dan jawapan konseptual tentang perlanggaran tak elastik:
1. Soalan: Apakah yang mentakrifkan perlanggaran tak anjal? Jawapan: Dalam perlanggaran tak anjal, tenaga kinetik tidak diabadikan, walaupun momentum diabadikan. Sebahagian daripada tenaga kinetik awal diubah menjadi bentuk tenaga yang lain.
2. Soalan: Bagaimanakah perlanggaran tak anjal sempurna berbeza daripada perlanggaran separa tak anjal? Jawapan: Dalam perlanggaran tak anjal sempurna, objek-objek melekat bersama selepas perlanggaran. Dalam perlanggaran separa tak anjal, objek-objek terpisah, tetapi masih terdapat kehilangan tenaga kinetik.
3. Soalan: Apakah yang kekal terpelihara dalam semua jenis perlanggaran, termasuk yang tidak elastik? Jawapan: Momentum sentiasa terpelihara dalam semua perlanggaran, tanpa mengira keanjalannya.
4. Soalan: Mengapakah tenaga kinetik tidak dipelihara dalam perlanggaran tak elastik? Jawapan: Sebahagian daripada tenaga kinetik ditukar kepada bentuk tenaga lain, seperti tenaga keupayaan, haba atau bunyi.
5. Soalan: Bagaimanakah seseorang boleh mengenal pasti perlanggaran tak elastik hanya dengan memerhatikan halaju sebelum dan selepas perlanggaran? Jawapan: Jumlah tenaga kinetik sebelum perlanggaran akan lebih besar daripada jumlah tenaga kinetik selepas perlanggaran.
6. Soalan: Bolehkah perlanggaran tak elastik berlaku dalam satu dimensi sahaja? Jawapan: Tidak, perlanggaran tak elastik boleh berlaku dalam satu, dua, atau tiga dimensi. Prinsipnya tetap sama, cuma pengiraan vektor menjadi lebih kompleks.
7. Soalan: Dalam konteks fizik zarah, apakah hasil lazim perlanggaran tak elastik? Jawapan: Dalam fizik zarah, perlanggaran tak elastik sering mengakibatkan transformasi zarah-zarah yang berlanggar menjadi zarah-zarah yang berbeza.
8. Soalan: Bagaimanakah anda boleh menentukan jumlah tenaga yang hilang dalam perlanggaran tak elastik? Jawapan: Dengan mengira perbezaan antara jumlah tenaga kinetik awal dan jumlah tenaga kinetik akhir.
9. Soalan: Mengapakah perlanggaran tak elastik tidak melanggar hukum pemuliharaan tenaga? Jawapan: Tenaga masih terpelihara; ia hanya ditukar daripada satu bentuk (kinetik) kepada bentuk lain (seperti haba atau bunyi) dan bukannya kekal sebagai tenaga kinetik semata-mata.
10. Soalan: Adakah kebanyakan perlanggaran dunia sebenar tidak anjal? Jawapan: Ya, kebanyakan perlanggaran dunia sebenar adalah tidak anjal kerana biasanya terdapat beberapa penukaran tenaga kinetik kepada bentuk lain.
11. Soalan: Dalam perlanggaran tak elastik, jika dua objek melekat bersama, apakah yang boleh dikatakan tentang halaju gabungannya? Jawapan: Halaju gabungannya ditentukan oleh pemuliharaan momentum. Kedua-dua objek akan bergerak dengan halaju yang sama selepas perlanggaran.
12. Soalan: Bagaimanakah pekali restitusi berkaitan dengan perlanggaran tak elastik? Jawapan: Pekali restitusi, yang dilambangkan sebagai , mengukur "kebolehan melantun" perlanggaran. Bagi perlanggaran tak elastik sempurna, � = 0 .
13. Soalan: Mengapakah perlanggaran tak elastik mungkin menghasilkan bunyi? Jawapan: Perlanggaran itu boleh menyebabkan getaran pada objek yang berlanggar, yang boleh menghasilkan gelombang bunyi dalam medium sekeliling.
14. Soalan: Bolehkah tenaga keupayaan graviti menjadi faktor dalam perlanggaran tak elastik? Jawapan: Ya, terutamanya jika perlanggaran tersebut mengakibatkan perubahan ketinggian atau kedudukan objek, yang menukarkan tenaga kinetik kepada tenaga keupayaan graviti.
15. Soalan: Mengapakah bola getah tidak mengalami perlanggaran tak elastik sempurna, walaupun "melantun"? Jawapan: Bola getah mengalami perlanggaran elastik atau hampir elastik kerana ia cenderung untuk mengekalkan sebahagian besar tenaga kinetiknya dan melantun semula. Ia tidak melekat bersama, yang merupakan ciri perlanggaran tak elastik sempurna.
16. Soalan: Bolehkah dua bola tanah liat lembut menunjukkan perlanggaran tak anjal sempurna? Jawapan: Ya, kerana apabila dua bola tanah liat lembut berlanggar, ia cenderung melekat bersama dan tidak melantun semula, yang merupakan ciri perlanggaran tak anjal sempurna.
17. Soalan: Adakah mungkin perlanggaran tak elastik berlaku tanpa sebarang penjanaan bunyi atau haba? Jawapan: Ia jarang berlaku, tetapi mungkin. Tenaga boleh dihamburkan dengan cara lain yang halus atau disimpan sebagai tenaga keupayaan dalaman.
18. Soalan: Bolehkah perlanggaran tak elastik diterbalikkan? Jawapan: Secara amnya, perlanggaran tak elastik tidak boleh diterbalikkan kerana penukaran tenaga kinetik kepada bentuk lain menyukarkan untuk kembali ke keadaan awal.
19. Soalan: Bagaimanakah rintangan udara berkaitan dengan perlanggaran tak elastik? Jawapan: Rintangan udara boleh menjadikan perlanggaran lebih tak elastik dengan menghamburkan sebahagian tenaga kinetik sebagai haba.
20. Soalan: Adakah perlanggaran tak elastik mempunyai implikasi dalam reka bentuk keselamatan, seperti zon remuk kereta? Jawapan: Ya, zon remuk dalam kereta direka bentuk untuk mengalami perlanggaran tak elastik, menyerap tenaga kinetik dan mengurangkan daya yang bertindak ke atas penumpang.
Perlanggaran tak elastik memainkan peranan penting dalam memahami hukum pemuliharaan fizik dan merupakan sebahagian daripada pelbagai aplikasi praktikal dan reka bentuk keselamatan.
