Perlanggaran separa elastik
Dalam perlanggaran separa elastik, hukum pemuliharaan momentum terpakai, manakala hukum pemuliharaan tenaga kinetik tidak terpakai. Pada masa perlanggaran berlaku, sebahagian tenaga kinetik ditukar kepada tenaga bunyi, tenaga haba dan tenaga dalaman. Penggunaan perkataan elastik menunjukkan bahawa selepas perlanggaran, kedua-dua objek tidak melekat bersama tetapi melantun.
Satu contoh perlanggaran separa elastik ialah perlanggaran satu dimensi dua guli atau dua bola pool.
Contoh soalan 1.
Objek A dan B dengan jisim 1 kg dan 2 kg, masing-masing bergerak dalam arah yang bertentangan pada kelajuan 4 m/s dan 2 m/s, dan berlanggar dalam perlanggaran separa elastik. Jika selepas perlanggaran objek A bergerak pada kelajuan 2 m/s, apakah kelajuan objek B?
Diketahui:
m A = 1 kg, m B = 2 kg, v A = 4 m/s (katakan ke kanan), v B = -2 m/s (katakan ke kiri), v A ' = – 2 m/s
Dikehendaki: v B '
Penyelesaian:
m A v A + m B v B = m A v A ' + m B v B '
(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
Selepas perlanggaran, objek B bergerak pada kelajuan 1 m/s (katakan ke kanan) dan objek A bergerak pada kelajuan 2 m/s (katakan ke kiri)
Contoh soalan 2.
Objek A dan B dengan jisim 4 kg dan 5 kg menghampiri satu sama lain dalam arah yang bertentangan, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah. Selepas perlanggaran, kedua-dua objek berbalik arah dengan laju A = 4 ms -1 dan laju B = 2 ms – 1. Berapakah laju objek B sebelum perlanggaran?
Diketahui:
Jisim objek A (mA) = 4 kg
Jisim objek B (mB ) = 5 kg
Halaju objek A sebelum perlanggaran (v A ) = 6 m/s
Halaju objek A selepas perlanggaran (vA ' ) = 4 m/s
Halaju objek B selepas perlanggaran (vB ' ) = -2 m/s
Tanda tambah dan tolak menunjukkan bahawa kedua-dua objek bergerak dalam arah yang bertentangan.
Dikehendaki: Halaju objek B sebelum perlanggaran ( vB )
Penyelesaian:
m A v A + m B v B = m A v A ' + m B v B '
(4)(6) + (5)(-2) = (4)(4) + (5)(v B ')
24 – 10 = 16 + 5(vB ' )
14 – 16 = 5 (vB ' )
-2 = 5 (vB ' )
vB ' = -2/5
vB ' = -0.4
Tanda tolak menunjukkan bahawa arah objek selepas perlanggaran adalah berbeza daripada arah sebelum perlanggaran.
Contoh soalan 3.
Dua objek dengan jisim yang sama menghampiri satu sama lain seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Jika v 2 ' ialah laju objek (2) selepas perlanggaran ke kanan dengan laju 5 ms –1 , apakah laju objek satu v 1 ' (1) selepas perlanggaran?
Diketahui:
Jisim setiap objek = m
Halaju objek 1 sebelum perlanggaran (v1 ) = 8 m/s
Halaju objek 2 sebelum perlanggaran (v2 ) = 10 m/s
Halaju objek 2 selepas perlanggaran (v 2 ') = 5 m/s
Dikehendaki: Laju objek 1 selepas perlanggaran (v 1 ')
Penyelesaian:
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 = v 1 ' + 5
18 = v1 ' + 5
v1 ' = 18-5
v 1 ' = 13 m/s
20 soalan dan jawapan konseptual tentang perlanggaran separa elastik:
1. Soalan: Apakah itu perlanggaran separa elastik? Jawapan: Perlanggaran separa elastik ialah perlanggaran di mana sebahagian tenaga kinetik dipelihara, tetapi bukan semua. Objek-objek melantun antara satu sama lain tetapi tidak dengan tenaga kinetik awal penuh mereka.
2. Soalan: Bagaimanakah perlanggaran separa elastik berbeza daripada perlanggaran elastik sempurna? Jawapan: Dalam perlanggaran elastik sempurna, jumlah tenaga kinetik dipelihara, manakala dalam perlanggaran separa elastik, hanya sebahagian daripada tenaga kinetik dipelihara.
3. Soalan: Apakah yang kekal terpelihara dalam perlanggaran separa elastik? Jawapan: Momentum kekal terpelihara dalam semua jenis perlanggaran, termasuk perlanggaran separa elastik.
4. Soalan: Bagaimanakah pekali restitusi, , digunakan untuk menggambarkan keanjalan perlanggaran? Jawapan: Bagi perlanggaran separa elastik, 0<�<1 Semakin hampir dengan 1, semakin elastik perlanggaran tersebut.
5. Soalan: Bolehkah pekali restitusi lebih besar daripada 1? Jawapan: Tidak. Pekali penggantian yang lebih besar daripada 1 akan menunjukkan lebih banyak tenaga kinetik selepas perlanggaran berbanding sebelumnya, yang melanggar pemuliharaan tenaga.
6. Soalan: Mengapakah tidak semua tenaga kinetik dipelihara dalam perlanggaran separa elastik? Jawapan: Sebahagian tenaga kinetik diubah menjadi bentuk lain, seperti bunyi, haba atau ubah bentuk objek.
7. Soalan: Bagaimanakah anda boleh menentukan jumlah tenaga kinetik yang tertahan dalam perlanggaran separa elastik? Jawapan: Dengan membandingkan jumlah tenaga kinetik sebelum dan selepas perlanggaran.
8. Soalan: Adakah perlanggaran separa elastik sentiasa menghasilkan bunyi? Jawapan: Tidak selalu, tetapi bunyi boleh dihasilkan disebabkan oleh getaran yang disebabkan oleh perlanggaran tersebut.
9. Soalan: Apakah yang berlaku kepada tenaga kinetik yang tidak diabadikan dalam perlanggaran separa elastik? Jawapan: Ia biasanya berubah menjadi bentuk tenaga lain seperti haba, bunyi atau tenaga keupayaan akibat ubah bentuk.
10. Soalan: Bagaimanakah komposisi bahan mempengaruhi keanjalan perlanggaran? Jawapan: Sesetengah bahan, seperti getah, cenderung mengalami perlanggaran yang lebih elastik, manakala yang lain, seperti tanah liat, cenderung tidak elastik. Walau bagaimanapun, kebanyakan perlanggaran dunia sebenar adalah sebahagiannya elastik disebabkan oleh sifat bahan dan faktor lain.
11. Soalan: Bolehkah dua bola keluli menunjukkan perlanggaran separa elastik? Jawapan: Ya. Walaupun bola keluli mungkin kelihatan mempunyai perlanggaran yang hampir sempurna elastik, biasanya terdapat sedikit kehilangan tenaga, menjadikannya separa elastik.
12. Soalan: Adakah perlanggaran Bumi dengan meteorit dianggap separa elastik? Jawapan: Secara amnya, ya. Hentaman itu tidak menjimatkan semua tenaga kinetik kerana sebahagiannya berubah menjadi haba, bunyi dan terhasilnya kawah.
13. Soalan: Bolehkah anda mengalami perlanggaran separa elastik dalam vakum? Jawapan: Ya. Walaupun tanpa rintangan udara, sifat dalaman jasad yang berlanggar boleh menyebabkan kehilangan tenaga.
14. Soalan: Bagaimanakah daya luaran, seperti geseran, mempengaruhi keanjalan perlanggaran? Jawapan: Daya luaran boleh menghilangkan lebih banyak tenaga kinetik, menjadikan perlanggaran lebih tidak anjal.
15. Soalan: Adakah terdapat aplikasi praktikal di mana pemahaman tentang perlanggaran separa elastik adalah penting? Jawapan: Ya, dalam analisis sukan, kejuruteraan dan kemalangan jalan raya, pemahaman tentang perlanggaran separa elastik boleh menjadi penting.
16. Soalan: Mengapakah pengeluar kereta mengkaji perlanggaran separa elastik? Jawapan: Untuk mereka bentuk kenderaan yang boleh menyerap tenaga hentaman dengan cekap, melindungi penumpang semasa perlanggaran.
17. Soalan: Bolehkah interaksi zarah pada tahap kuantum dianggap separa anjal? Jawapan: Ya. Walaupun mekanik kuantum memperkenalkan fenomena baharu, zarah masih boleh menjalani interaksi di mana tidak semua tenaga kinetik dipelihara.
18. Soalan: Bagaimanakah interaksi molekul berkaitan dengan perlanggaran separa elastik? Jawapan: Molekul boleh mengalami perlanggaran separa elastik apabila ia berlanggar antara satu sama lain, memindahkan sebahagian tenaga kepada getaran atau putaran molekul.
19. Soalan: Adakah lantunan bola keranjang di atas gelanggang menunjukkan perlanggaran separa elastik? Jawapan: Ya. Sebahagian tenaga hilang sebagai bunyi dan disebabkan oleh sedikit ubah bentuk bola, menjadikan perlanggaran separa elastik.
20. Soalan: Bagaimanakah suhu mempengaruhi keanjalan perlanggaran dalam gas? Jawapan: Apabila suhu meningkat, molekul gas bergerak lebih pantas dan boleh berlanggar dengan lebih bertenaga. Walau bagaimanapun, keanjalan perlanggaran ini bergantung pada sifat molekul dan tidak berkorelasi secara langsung dengan suhu.
Memahami perlanggaran separa elastik memberikan pandangan tentang pelbagai fenomena dalam pengalaman seharian dan pengkhususan dalam fizik dan kejuruteraan.
