Migongano Isiyo na Utulivu
Uhifadhi wa sheria ya nishati ya kinetiki hautumiki katika migongano ya inelastic. Uhifadhi wa sheria ya kasi unatumika katika migongano ya inelastic ikiwa tu hakuna nguvu ya nje inayofanya kazi kwenye vitu viwili vinavyogongana. Katika mgongano wa inelastic, vitu viwili hushikamana pamoja au huunganishwa baada ya mgongano.
Mfano wa swali la 1.
Vitu viwili vina uzito sawa, yaani kilo 1. Kitu 1 husogea kwenye ndege tambarare kwa kasi ya mita 10/s na kugongana na kitu cha pili ambacho kimepumzika. Baada ya mgongano, vitu hivyo viwili hushikamana. Kasi ya vitu hivyo viwili baada ya mgongano ni ipi?
Inajulikana:
m 1 = kilo 1, m 2 = kilo 1, v 1 = 10 m/s, v 2 = 0
Alitaka : v'
Suluhisho:
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v'
(Kilo 1)(10 m/s) + 0 = (Kilo 1 + Kilo 1) v'
Kilo 10 m/s = (kilo 2) v'
v' = 10 kg m/s : 2 kg = 5 m/s
Mfano wa swali la 2.
Vitalu vitatu husogea kwa ms 3 -1 hugongana na vitalu vingine wakati wa mapumziko.
Mgongano hauna unyumbufu. Mpangilio wa kasi ya block baada ya mgongano, kuanzia kubwa hadi ndogo ni…
Suluhisho:
Mchoro 1:
Kasi ya mwisho = kasi ya awali
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(4m)(3) + (m)(0) = (4m + m) v
Mita 12 + 0 = (mita 5) v
Mita 12 = mita 5 v
v = 12m / 5m = 12/5 = 2.4 m/s
Mchoro 2:
Kasi ya mwisho = Kasi ya awali
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(m)(3) + (3m)(0) = (m + 3m) v
Mita 3 + 0 = (mita 4) v
Mita 3 = mita 4 v
v = 3m / 4m = 3/4 = 0.75 m/s
Mchoro 3:
m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v
(m)(3) + (m)(0) = (m + m) v
Mita 3 + 0 = (mita 2) v
Mita 3 = mita 2 v
v = 3m / 2m = 3/2 = 1.5 m/s
Mfano wa swali la 3.
Mipira miwili yenye uzito wa m 1 = kilo 2 na m 2 = kilo 1 inaelekea upande tofauti kwa kasi ya v 1 = 2 ms -1 na v 2 = 4 ms -1 kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro hapa chini. Ikiwa mgongano hauna unyumbufu, kasi ya mipira yote miwili ni ipi baada ya mgongano?
Inajulikana:
Uzito wa mpira 1 (m1) = kilo 2
Uzito wa mpira 2 (m 2 ) = kilo 1
Kasi ya mpira 1 kabla ya mgongano (v 1 ) = 2 m/s
Kasi ya mpira 2 kabla ya mgongano (v 2 ) = -4 m/s
Ishara za pamoja na hasi zinaonyesha kwamba mipira yote miwili inaelekea pande tofauti.
Inayohitajika : Kasi ya mipira baada ya mgongano (v')
Suluhisho:
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
Mfano wa swali la 4.
Vitu viwili, A na B, vyenye uzito wa kila kitu, vinakaribiana kwa kilo 1.5 kwa kasi ya v A = 4 ms -1 na v B = 5 ms -1 . Ikiwa mgongano hauna unyumbufu, kasi ya vitu vyote viwili baada ya mgongano ni ipi?
Inajulikana:
Uzito wa kitu A (m A ) = kilo 1.5
Uzito wa kitu B (m B ) = kilo 1.5
Kasi ya kitu A kabla ya mgongano (v A ) = 4 m/s (pamoja na ishara, kuelekea kulia)
Kasi ya kitu B kabla ya mgongano (v B ) = -5 m/s (ishara ya kutoa, kuelekea kushoto)
Inayohitajika: Kasi ya vitu vyote viwili baada ya mgongano
Suluhisho:
Uhifadhi wa kasi ya mstari:
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
Ishara ya kukataa inaonyesha kwamba vitu vyote viwili vinasogea kushoto.
Maswali na majibu 20 ya dhana kuhusu migongano isiyo na umbo la elastic:
1. Swali: Ni nini hufafanua mgongano usio na unyumbulifu? Jibu: Katika mgongano usio na unyumbulifu, nishati ya kinetiki haihifadhiwi, ingawa kasi huhifadhiwa. Baadhi ya nishati ya kinetiki ya awali hubadilishwa kuwa aina zingine za nishati.
2. Swali: Mgongano usio na unyumbufu kikamilifu hutofautianaje na mgongano usio na unyumbufu kiasi? Jibu: Katika mgongano usio na unyumbufu kikamilifu, vitu hushikamana baada ya mgongano. Katika mgongano usio na unyumbufu kiasi, vitu hutengana, lakini bado kuna upotevu wa nishati ya kinetiki.
3. Swali: Ni nini kinachobaki kuhifadhiwa katika aina zote za migongano, ikiwa ni pamoja na ile isiyo na unyumbufu? Jibu: Kasi huhifadhiwa kila wakati katika migongano yote, bila kujali unyumbufu wake.
4. Swali: Kwa nini nishati ya kinetiki haihifadhiwi katika migongano isiyo na unyumbufu? Jibu: Baadhi ya nishati ya kinetiki hubadilishwa kuwa aina zingine za nishati, kama vile nishati inayowezekana, joto, au sauti.
5. Swali: Mtu anawezaje kutambua mgongano usio na unyumbulifu kwa kuchunguza tu kasi kabla na baada ya mgongano? Jibu: Jumla ya nishati ya kinetiki kabla ya mgongano itakuwa kubwa kuliko jumla ya nishati ya kinetiki baada ya mgongano.
6. Swali: Je, migongano ya inelastic inaweza kutokea katika kipimo kimoja pekee? Jibu: Hapana, migongano ya inelastic inaweza kutokea katika kipimo kimoja, viwili, au vitatu. Kanuni zinabaki vile vile, hesabu za vekta pekee ndizo zinazozidi kuwa ngumu zaidi.
7. Swali: Katika muktadha wa fizikia ya chembe, ni matokeo gani ya kawaida ya migongano ya inelastic? Jibu: Katika fizikia ya chembe, migongano ya inelastic mara nyingi husababisha mabadiliko ya chembe zinazogongana kuwa chembe tofauti.
8. Swali: Unawezaje kubaini kiasi cha nishati kinachopotea katika mgongano usio na unyumbulifu? Jibu: Kwa kukokotoa tofauti kati ya jumla ya nishati ya kinetiki ya awali na jumla ya nishati ya mwisho ya kinetiki.
9. Swali: Kwa nini migongano isiyo na unyumbufu haivunji sheria ya uhifadhi wa nishati? Jibu: Nishati bado inahifadhiwa; inabadilishwa tu kutoka umbo moja (kinetiki) hadi zingine (kama vile joto au sauti) badala ya kubaki kama nishati ya kinetiki pekee.
10. Swali: Je, migongano mingi ya ulimwengu halisi ni ya kunyumbulika? Jibu: Ndiyo, migongano mingi ya ulimwengu halisi ni ya kunyumbulika kwa sababu kwa kawaida kuna ubadilishaji fulani wa nishati ya kinetiki kuwa aina zingine.
11. Swali: Katika mgongano usio na unyumbulifu, ikiwa vitu viwili vinashikamana, nini kinaweza kusemwa kuhusu kasi yao ya pamoja? Jibu: Kasi yao ya pamoja huamuliwa na uhifadhi wa kasi. Vitu hivyo viwili vitasonga kwa kasi ya kawaida baada ya mgongano.
12. Swali: Je, mgawo wa urejeshaji unahusianaje na migongano isiyo na unyumbufu? Jibu: Mgawo wa urejeshaji, unaoonyeshwa kama , hupima "kutetemeka" kwa mgongano. Kwa migongano isiyo na unyumbufu kikamilifu, �=0 .
13. Swali: Kwa nini mgongano usio na unyumbufu unaweza kutoa sauti? Jibu: Mgongano unaweza kusababisha mitetemo katika vitu vinavyogongana, ambayo inaweza kutoa mawimbi ya sauti katika mazingira yanayozunguka.
14. Swali: Je, nishati ya uwezo wa uvutano inaweza kuwa sababu ya migongano isiyo na unyumbufu? Jibu: Ndiyo, hasa ikiwa mgongano huo unasababisha mabadiliko katika urefu au nafasi ya vitu, na kubadilisha nishati ya kinetiki kuwa nishati ya uwezo wa uvutano.
15. Swali: Kwa nini mipira ya mpira haipatikani kwenye migongano isiyo na unyumbufu kikamilifu, licha ya kuwa "inarukaruka"? Jibu: Mipira ya mpira hupitia migongano ya elastic au karibu na elastic kwa sababu huwa na uwezo wa kuhifadhi nguvu nyingi ya kinetic na kurudi nyuma. Hazishikamani pamoja, jambo ambalo lingekuwa sifa ya mgongano usio na unyumbufu kikamilifu.
16. Swali: Je, mipira miwili laini ya udongo inaweza kuonyesha mgongano usio na unyumbufu kabisa? Jibu: Ndiyo, kwa sababu mipira miwili laini ya udongo inapogongana, huwa inashikamana pamoja na hairudi nyuma, jambo ambalo ni sifa ya mgongano usio na unyumbufu kabisa.
17. Swali: Je, inawezekana kwa mgongano usio na unyumbufu kutokea bila sauti yoyote au uzalishaji wa joto? Jibu: Ni nadra, lakini inawezekana. Nishati inaweza kutawanyika kwa njia zingine fiche au kuhifadhiwa kama nishati ya ndani inayowezekana.
18. Swali: Je, migongano ya inelastic inaweza kubadilishwa? Jibu: Kwa ujumla, migongano ya inelastic haiwezi kubadilishwa kwa sababu ubadilishaji wa nishati ya kinetic kuwa aina zingine hufanya iwe vigumu kurudi kwenye hali ya awali.
19. Swali: Upinzani wa hewa unahusianaje na migongano isiyo na unyumbufu? Jibu: Upinzani wa hewa unaweza kufanya migongano isiyo na unyumbufu zaidi kwa kuondoa baadhi ya nishati ya kinetiki kama joto.
20. Swali: Je, migongano ya inelastic ina athari katika miundo ya usalama, kama vile maeneo ya gari yaliyovunjika? Jibu: Ndiyo, maeneo yaliyovunjika katika magari yameundwa kupitia migongano ya inelastic, kunyonya nishati ya kinetic na kupunguza nguvu zinazofanya kazi kwa abiria.
Migongano isiyo na unyumbufu ina jukumu muhimu katika kuelewa sheria za uhifadhi wa fizikia na ni muhimu katika matumizi mengi ya vitendo na miundo ya usalama.
