Përplasjet joelastike
Ligji i ruajtjes së energjisë kinetike nuk është i zbatueshëm në përplasjet joelastike. Ligji i ruajtjes së impulsit është i zbatueshëm në përplasjet joelastike vetëm nëse asnjë forcë e jashtme nuk vepron mbi dy objektet që përplasen. Në një përplasje joelastike, dy objekte ngjiten së bashku ose bashkohen me njëri-tjetrin pas përplasjes.
Shembull pyetjeje 1.
Dy objekte kanë të njëjtën masë, përkatësisht 1 kg. Objekti 1 lëviz në një plan të sheshtë me një shpejtësi prej 10 m/s dhe përplaset me objektin dy i cili është në qetësi. Pas përplasjes, dy objektet ngjiten së bashku. Cila është shpejtësia e dy objekteve pas përplasjes?
I njohur:
m 1 = 1 kg, m 2 = 1 kg, v 1 = 10 m/s, v 2 = 0
Kërkohet : v'
zgjidhje:
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
Shembull pyetjeje 2.
Tre blloqe lëvizin me 3 ms -1 përplasen me një bllok tjetër në qetësi.
Përplasja është joelastike. Rendi i shpejtësisë së bllokut pas përplasjes, nga më e madhja tek më e vogla, është…
zgjidhje:
Figura 1:
Impulsi përfundimtar = impulsi fillestar
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
Figura 2:
Impulsi përfundimtar = Impulsi fillestar
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
Figura 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
Shembull pyetjeje 3.
Dy topa me masë m 1 = 2 kg dhe m 2 = 1 kg lëvizin në drejtim të kundërt me shpejtësi v 1 = 2 ms -1 dhe v 2 = 4 ms -1 siç tregohet në figurën më poshtë. Nëse një përplasje është joelastike, cila është shpejtësia e të dy topave pas përplasjes?
I njohur:
Masa e topit 1 (m1) = 2 kg
Masa e topit 2 (m 2 ) = 1 kg
Shpejtësia e topit 1 para përplasjes (v1 ) = 2 m/s
Shpejtësia e topit 2 para përplasjes (v2 ) = -4 m/s
Shenjat plus dhe minus tregojnë se të dy topat lëvizin në drejtime të kundërta.
Kërkohet : Shpejtësia e topave pas përplasjes (v')
zgjidhje:
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
Shembull pyetjeje 4.
Dy objekte, A dhe B, me një masë të secilit objekt, i afrohen njëri-tjetrit me një shpejtësi v A = 4 ms -1 dhe v B = 5 ms -1 . Nëse përplasja është joelastike, cila është shpejtësia e të dy objekteve pas përplasjes?
I njohur:
Masa e objektit A (m A ) = 1.5 kg
Masa e objektit B (m2B ) = 1.5 kg
Shpejtësia e objektit A para përplasjes (v A ) = 4 m/s (shenja plus, djathtas)
Shpejtësia e objektit B para përplasjes (vB ) = -5 m/s (shenja minus, majtas)
Kërkohet: Shpejtësia e të dy objekteve pas përplasjes
zgjidhje:
Ruajtja e impulsit 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
Shenja minus tregon që të dy objektet lëvizin majtas.
20 pyetje dhe përgjigje konceptuale rreth përplasjeve joelastike:
1. Pyetje: Çfarë e përcakton një përplasje joelastike? Përgjigje: Në një përplasje joelastike, energjia kinetike nuk ruhet, megjithëse impulsi ruhet. Një pjesë e energjisë kinetike fillestare transformohet në forma të tjera të energjisë.
2. Pyetje: Si ndryshon një përplasje krejtësisht joelastike nga një përplasje pjesërisht joelastike? Përgjigje: Në një përplasje krejtësisht joelastike, objektet ngjiten së bashku pas përplasjes. Në një përplasje pjesërisht joelastike, objektet ndahen, por prapëseprapë ka një humbje të energjisë kinetike.
3. Pyetje: Çfarë mbetet e ruajtur në të gjitha llojet e përplasjeve, përfshirë ato joelastike? Përgjigje: Momenti ruhet gjithmonë në të gjitha përplasjet, pavarësisht nga elasticiteti i tyre.
4. Pyetje: Pse energjia kinetike nuk ruhet në përplasjet joelastike? Përgjigje: Një pjesë e energjisë kinetike shndërrohet në forma të tjera të energjisë, siç janë energjia potenciale, nxehtësia ose zëri.
5. Pyetje: Si mund të identifikohet një përplasje joelastike vetëm duke vëzhguar shpejtësitë para dhe pas përplasjes? Përgjigje: Energjia kinetike totale para përplasjes do të jetë më e madhe se energjia kinetike totale pas përplasjes.
6. Pyetje: A mund të ndodhin përplasjet joelastike vetëm në një dimension? Përgjigje: Jo, përplasjet joelastike mund të ndodhin në një, dy ose tre dimensione. Parimet mbeten të njëjta, vetëm llogaritjet vektoriale bëhen më komplekse.
7. Pyetje: Në kontekstin e fizikës së grimcave, cili është një rezultat i zakonshëm i përplasjeve joelastike? Përgjigje: Në fizikën e grimcave, përplasjet joelastike shpesh rezultojnë në transformimin e grimcave që përplasen në grimca të ndryshme.
8. Pyetje: Si mund të përcaktoni sasinë e energjisë së humbur në një përplasje joelastike? Përgjigje: Duke llogaritur diferencën midis energjisë kinetike fillestare totale dhe energjisë kinetike përfundimtare totale.
9. Pyetje: Pse përplasjet joelastike nuk e shkelin ligjin e ruajtjes së energjisë? Përgjigje: Energjia ruhet akoma; ajo thjesht shndërrohet nga një formë (kinetike) në një tjetër (si nxehtësia ose zëri) në vend që të mbetet thjesht si energji kinetike.
10. Pyetje: A janë shumica e përplasjeve në botën reale joelastike? Përgjigje: Po, shumica e përplasjeve në botën reale janë joelastike sepse zakonisht ka njëfarë shndërrimi të energjisë kinetike në forma të tjera.
11. Pyetje: Në një përplasje joelastike, nëse dy objekte ngjiten së bashku, çfarë mund të thuhet për shpejtësinë e tyre të kombinuar? Përgjigje: Shpejtësia e tyre e kombinuar përcaktohet nga ruajtja e impulsit. Të dy objektet do të lëvizin me një shpejtësi të përbashkët pas përplasjes.
12. Pyetje: Si lidhet koeficienti i restituimit me përplasjet joelastike? Përgjigje: Koeficienti i restituimit, i shënuar si , mat "kërcimin" e një përplasjeje. Për përplasje plotësisht joelastike, �=0 .
13. Pyetje: Pse një përplasje joelastike mund të prodhojë tingull? Përgjigje: Përplasja mund të shkaktojë dridhje në objektet që përplasen, të cilat mund të prodhojnë valë zanore në mjedisin përreth.
14. Pyetje: A mund të jetë energjia potenciale gravitacionale një faktor në përplasjet joelastike? Përgjigje: Po, veçanërisht nëse përplasja rezulton në një ndryshim në lartësi ose pozicion të objekteve, duke e shndërruar energjinë kinetike në energji potenciale gravitacionale.
15. Pyetje: Pse topat e gomës nuk i nënshtrohen përplasjeve krejtësisht joelastike, pavarësisht se janë "kërcyes"? Përgjigje: Topat e gomës i nënshtrohen përplasjeve elastike ose gati-elastike sepse kanë tendencë të ruajnë pjesën më të madhe të energjisë së tyre kinetike dhe të kërcejnë mbrapsht. Ato nuk ngjiten së bashku, gjë që do të ishte karakteristikë e një përplasjeje krejtësisht joelastike.
16. Pyetje: A mund të demonstrojnë dy topa argjile të buta një përplasje krejtësisht joelastike? Përgjigje: Po, sepse kur dy topa argjile të buta përplasen, ato kanë tendencë të ngjiten së bashku dhe të mos kthehen mbrapsht, gjë që është karakteristikë e një përplasjeje krejtësisht joelastike.
17. Pyetje: A është e mundur që një përplasje joelastike të ndodhë pa gjeneruar zë ose nxehtësi? Përgjigje: Është e rrallë, por e mundur. Energjia mund të shpërndahet në mënyra të tjera delikate ose të ruhet si energji potenciale e brendshme.
18. Pyetje: A mund të përmbysen përplasjet joelastike? Përgjigje: Në përgjithësi, përplasjet joelastike nuk janë të kthyeshme sepse shndërrimi i energjisë kinetike në forma të tjera e bën të vështirë kthimin në gjendjen fillestare.
19. Pyetje: Si lidhet rezistenca e ajrit me përplasjet joelastike? Përgjigje: Rezistenca e ajrit mund t'i bëjë përplasjet më joelastike duke shpërndarë një pjesë të energjisë kinetike si nxehtësi.
20. Pyetje: A kanë përplasjet joelastike implikime në projektimet e sigurisë, siç janë zonat e rrudhës së makinave? Përgjigje: Po, zonat e rrudhës në makina janë projektuar për t'iu nënshtruar përplasjeve joelastike, duke thithur energjinë kinetike dhe duke zvogëluar forcat që veprojnë mbi pasagjerët.
Përplasjet joelastike luajnë një rol jetësor në kuptimin e ligjeve të ruajtjes së fizikës dhe janë pjesë integrale e zbatimeve të shumta praktike dhe projekteve të sigurisë.
