Zachovanie hybnosti
Zákon zachovania hybnosti hovorí, že ak na dva kolidujúce objekty nepôsobí žiadna vonkajšia sila, hybnosť objektov pred zrážkou sa rovná hybnosti objektov po zrážke.
p1 + p2 = p1 ' + p2 ' ……………………….. Rovnica 1.4
m 1 v 1 + m 2 v 2 = m 1 v 1 ' + m 2 v 2 '
Ak sa po zrážke oba objekty zlepia,
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v'
kde: m 1 = hmotnosť objektu 1, m 2 = hmotnosť objektu 2, v 1 = rýchlosť objektu 1 pred zrážkou, v 2 = rýchlosť objektu 2 pred zrážkou, v 1 ' = rýchlosť objektu 1 po zrážke, v 2 ' = rýchlosť objektu 2 po zrážke, v' = rýchlosť oboch objektov po zrážke
Znamienko v alebo v' má kladné znamienko, ak sa objekt pohybuje doprava, a záporné znamienko, ak sa objekt pohybuje doľava. Ak smery pohybu objektov nie sú známe, ale oba objekty sa pohybujú v opačných smeroch, jeden z v alebo v' má kladné znamienko, zatiaľ čo druhý má záporné znamienko. Ak sa oba objekty pohybujú rovnakým smerom, v alebo v' oboch objektov má rovnaký smer. Kladné alebo záporné znamienko označuje smer pohybu objektu.
20 koncepčných otázok a odpovedí o zákone zachovania hybnosti:
1. Otázka: Čo je to hybnosť? Odpoveď: Lineárna hybnosť, často nazývaná len hybnosť, je súčin hmotnosti objektu a jeho rýchlosti. Je to vektorová veličina a je reprezentovaná vzťahom �=
2. Otázka: Ako sa uplatňuje zákon zachovania hybnosti pri zrážkach? Odpoveď: Celková hybnosť systému pred zrážkou sa rovná celkovej hybnosti po zrážke za predpokladu, že na systém nepôsobia žiadne vonkajšie sily.
3. Otázka: V ktorých scenároch sa zachováva hybnosť? Odpoveď: Hybnosť sa zachováva vo všetkých scenároch, kde je výsledná vonkajšia sila pôsobiaca na systém nulová.
4. Otázka: Ako sa raketa vo vesmíre pohybuje dopredu, ak na ňu nepôsobí žiadna vonkajšia sila? Odpoveď: Raketa vo vesmíre vytláča plyny dozadu a vďaka zákonu zachovania hybnosti sa raketa pohybuje dopredu. Hybnosť vytláčaných plynov a rakety zostáva rovnaká a opačná, pričom si zachováva nulovú celkovú hybnosť.
5. Otázka: Prečo sa korčuliar točí rýchlejšie, keď pritiahne ruky? Odpoveď: Keď korčuliar pritiahne ruky, zníži svoj moment zotrvačnosti. Aby sa zachoval moment hybnosti, musí sa zvýšiť jeho rotačná rýchlosť.
6. Otázka: Môže sa zachovať hybnosť, ak na systém pôsobí vonkajšia sila? Odpoveď: Počas trvania pôsobenia vonkajšej sily sa hybnosť nezachová. Avšak v krátkych časových intervaloch môže byť zmena zanedbateľná a hybnosť sa približne zachová.
7. Otázka: Čo je to nepružná zrážka vzhľadom na hybnosť? Odpoveď: Pri nepružnej zrážke sa hybnosť zachováva, ale kinetická energia nie. Telesá sa počas zrážky môžu zlepiť alebo deformovať.
8. Otázka: Ako môže systém získať hybnosť bez vonkajšej sily? Odpoveď: Systém nemôže získať hybnosť bez vonkajšej sily. Newtonov tretí zákon zabezpečuje, že pôsobenie v systéme má rovnaké a opačné reakcie, takže čistá hybnosť zostáva nezmenená.
9. Otázka: Čo je impulz a aký je jeho vzťah k hybnosti? Odpoveď: Impulz je zmena hybnosti telesa. Je daná súčinom sily pôsobiacej na teleso a času, počas ktorého pôsobí. Impulz je tiež vektorová veličina.
10. Otázka: Ako airbagy v autách využívajú koncept hybnosti? Odpoveď: Airbagy predlžujú čas, počas ktorého dôjde k zrážke. Znižujú sa tým sila pôsobiaca na cestujúcich, čím sa hybnosť mení postupnejšie a znižuje sa riziko zranenia.
11. Otázka: Aký je rozdiel medzi odrazením a lepením z hľadiska zachovania hybnosti pri zrážkach? Odpoveď: V oboch prípadoch sa hybnosť zachováva. Keď sa však objekty odrážajú, môžu si vymeniť viac kinetickej energie, ako keď sa lepia pohromade.
12. Otázka: Môže mať jeden objekt zachovaný moment hybnosti? Odpoveď: Hybnosť izolovaného objektu je zachovaná, pokiaľ naň nepôsobí vonkajšia sila.
13. Otázka: Ako súvisí hybnosť s tretím Newtonovým zákonom? Odpoveď: Newtonov tretí zákon hovorí, že každá akcia má rovnakú a opačnú reakciu. To zabezpečuje, že zmeny hybnosti sú vyvážené medzi interagujúcimi objektmi, čo vedie k zachovaniu hybnosti.
14. Otázka: Prečo guľka vystrelená zo zbrane spôsobí spätný ráz? Odpoveď: Keď guľka získa doprednú hybnosť, zbraň získa rovnakú spätnú hybnosť v dôsledku zachovania hybnosti.
15. Otázka: Môže byť hybnosť nulová v systéme s pohybujúcimi sa objektmi? Odpoveď: Áno, ak je vektorový súčet všetkých jednotlivých momentov nulový. Napríklad dva objekty s rovnakou hmotnosťou a rýchlosťou pohybujúce sa v opačných smeroch majú nulovú celkovú hybnosť.
16. Otázka: Ako súvisí pohyb ťažiska so zákonom zachovania hybnosti? Odpoveď: Pohyb ťažiska systému je priamo spojený s celkovou hybnosťou systému. Ak nepôsobia žiadne vonkajšie sily, ťažisko sa bude pohybovať konštantnou rýchlosťou.
17. Otázka: Je hybnosť pri výbuchoch vždy zachovaná? Odpoveď: Áno, celková hybnosť pred výbuchom (zvyčajne nula) sa rovná celkovej hybnosti po ňom, aj keď sa časti môžu pohybovať rôznymi smermi.
18. Otázka: Ako hráči v biliardovom štýle využívajú princípy zachovania hybnosti? Odpoveď: Pri odpaľovaní biliardových gúľ hráči predvídajú, ako sa budú gule pohybovať po zrážke na základe princípu zachovania hybnosti, čo im umožňuje predpovedať výsledky úderov.
19. Otázka: Prečo sa auto nezastaví ihneď po vypnutí motora? Odpoveď: Kvôli svojej hybnosti. Pokiaľ naň nepôsobí vonkajšia sila (ako napríklad trenie), bude sa naďalej pohybovať.
20. Otázka: V systéme dvoch objektov, ak sa hybnosť jedného objektu zvýši, čo sa stane s hybnosťou druhého? Odpoveď: Hybnosť druhého objektu sa zníži o rovnakú hodnotu v opačnom smere, pričom celková hybnosť zostane zachovaná.
Pochopenie zákonu zachovania hybnosti je základom fyziky a má aplikácie od základnej mechaniky až po pokročilé študijné odbory.
