การชนกันแบบไม่ยืดหยุ่น

การชนกันแบบไม่ยืดหยุ่น

กฎการอนุรักษ์พลังงานจลน์ใช้ไม่ได้กับการชนแบบไม่ยืดหยุ่น ส่วนกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมใช้ได้ก็ต่อเมื่อไม่มีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุทั้งสองที่ชนกัน ในการชนแบบไม่ยืดหยุ่น วัตถุทั้งสองจะติดกันหรือยึดติดกันหลังจากชนกันแล้ว

ตัวอย่างคำถามข้อที่ 1.

วัตถุสองชิ้นมีมวลเท่ากัน คือ 1 กิโลกรัม วัตถุชิ้นที่ 1 เคลื่อนที่บนระนาบด้วยความเร็ว 10 เมตร/วินาที และชนกับวัตถุชิ้นที่ 2 ซึ่งอยู่นิ่ง หลังจากชนกันแล้ว วัตถุทั้งสองติดกัน จงหาความเร็วของวัตถุทั้งสองหลังจากชนกัน

เป็นที่รู้จัก :

m ₁ = 1 กก., m ₂ = 1 กก., v ₁ = 10 ม./วินาที, v ₂ = 0

ต้องการ : v'

วิธีการแก้ปัญหา:

ม. ₁ v ₁ + ม. ₂ v ₂ = (ม. ₁ + ม. ₂ ) v'

(1 กก.)(10 ม./วินาที) + 0 = (1 กก. + 1 กก.) v'

10 กก. ม./วินาที = (2 กก.) v'

v' = 10 กก. ม./วินาที : 2 กก. = 5 ม./วินาที

ตัวอย่างคำถามข้อที่ 2.

บล็อกสามก้อนเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 3 มิลลิวินาที^-1ชนกับบล็อกอีกก้อนที่หยุดนิ่ง

การชนครั้งนี้เป็นการชนแบบไม่ยืดหยุ่นลำดับ ความเร็ว ของวัตถุหลังการชนจากมากที่สุดไปน้อยที่สุดคือ…

วิธีการแก้ปัญหา:

รูปที่ 1:

โมเมนตัมสุดท้าย = โมเมนตัมเริ่มต้น

ม. ₁ v ₁ + ม. ₂ v ₂ = (ม. ₁ + ม. ₂ ) v

(4m)(3) + (m)(0) = (4m + m) v

12ม. + 0 = (5ม.) v

12ม. = 5ม. v

v = 12m / 5m = 12/5 = 2.4 m/s

รูปที่ 2:

โมเมนตัมสุดท้าย = โมเมนตัมเริ่มต้น

ม. ₁ v ₁ + ม. ₂ v ₂ = (ม. ₁ + ม. ₂ ) v

(m)(3) + (3m)(0) = (m + 3m) v

3ม. + 0 = (4ม.) v

3ม. = 4ม. v

v = 3m / 4m = 3/4 = 0.75 m/s

รูปที่ 3:

ม. ₁ v ₁ + ม. ₂ v ₂ = (ม. ₁ + ม. ₂ ) v

(m)(3) + (m)(0) = (m + m) v

3ม. + 0 = (2ม.) v

3ม. = 2ม. v

v = 3m / 2m = 3/2 = 1.5 m/s

ตัวอย่างคำถามข้อที่ 3.

ลูกบอลสองลูกมีมวล m ₁ = 2 กิโลกรัม และ m ₂ = 1 กิโลกรัม กำลังเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามด้วยความเร็ว v ₁ = 2 เมตร^/ วินาที และ v ₂ = 4 เมตร^/ วินาที ดังแสดงในรูปด้านล่าง ถ้าการชนเป็นการชนแบบไม่ยืดหยุ่น ความเร็วของลูกบอลทั้งสองหลังการชนจะเป็นเท่าใด

เป็นที่รู้จัก :

มวลของลูกบอล 1 (ม.)₁) = 2 กก.

มวลของลูกบอล 2 (m ₂ ) = 1 กก.

ความเร็วของลูกบอลลูกที่ 1 ก่อนการชน (v ₁ ) = 2 เมตร/วินาที

ความเร็วของลูกบอลลูกที่ 2 ก่อนการชน (v ₂ ) = -4 ม./วินาที

เครื่องหมายบวกและลบแสดงว่าลูกบอลทั้งสองเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม

ต้องการทราบ:ความเร็วของลูกบอลหลังการชน (v')

วิธีการแก้ปัญหา:

ม. ₁ v ₁ + ม. ₂ v ₂ = (ม. ₁ + ม. ₂ ) v'

(2)(2) + (1)(-4) = (2 + 1) v'

4 – 4 = (3) v'

0 = (3) v'

v' = 0

ตัวอย่างคำถามข้อที่ 4.

วัตถุสองชิ้น A และ B มีมวลชิ้นละ 1.5 กิโลกรัม เคลื่อนที่เข้าหากันด้วยความเร็ว v _A = 4 ms⁻¹ ^และ v _B = 5 ms⁻¹ ^ถ้าการชนเป็นการชนแบบไม่ยืดหยุ่น ความเร็วของวัตถุทั้งสองหลังการชนจะเป็นเท่าใด

เป็นที่รู้จัก :

มวลของวัตถุ A (m _A ) = 1.5 กิโลกรัม

มวลของวัตถุ B (m _B ) = 1.5 กิโลกรัม

ความเร็วของวัตถุ A ก่อนการชน (v _A ) = 4 m/s (เครื่องหมายบวก ชี้ไปทางขวา)

ความเร็วของวัตถุ B ก่อนการชน (v _B ) = -5 m/s (เครื่องหมายลบ ชี้ไปทางซ้าย)

ต้องการทราบ:ความเร็วของวัตถุทั้งสองหลังการชนกัน

วิธีการแก้ปัญหา:

การอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงเส้น :

m _A v _A + m _B v _B = (m _A + m _B ) v'

(1.5)(4) + (1.5)(-5) = (1.5 +1.5) โวลต์'

6 – 7.5 = (3) v'

-1.5 = (3) v'

v' = -1.5 / 3

v' = -0.5 ม./วินาที

เครื่องหมายลบแสดงว่าวัตถุทั้งสองเคลื่อนที่ไปทางซ้าย

20 คำถามและคำตอบเชิงแนวคิดเกี่ยวกับการชนแบบไม่ยืดหยุ่น:

1. คำถาม:อะไรคือลักษณะของการชนแบบไม่ยืดหยุ่น? คำตอบ:ในการชนแบบไม่ยืดหยุ่น พลังงานจลน์จะไม่ถูกอนุรักษ์ แต่โมเมนตัมจะถูกอนุรักษ์ พลังงานจลน์เริ่มต้นบางส่วนจะถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงานรูปแบบอื่น

2. คำถาม:การชนแบบไม่ยืดหยุ่นสมบูรณ์แตกต่างจากการชนแบบไม่ยืดหยุ่นบางส่วนอย่างไร? คำตอบ:ในการชนแบบไม่ยืดหยุ่นสมบูรณ์ วัตถุจะติดกันหลังจากชนกัน ในการชนแบบไม่ยืดหยุ่นบางส่วน วัตถุจะแยกออกจากกัน แต่ก็ยังมีการสูญเสียพลังงานจลน์อยู่

3. คำถาม:อะไรยังคงอนุรักษ์ไว้ในการชนทุกประเภท รวมถึงการชนแบบไม่ยืดหยุ่นด้วย? คำตอบ:โมเมนตัมจะอนุรักษ์ไว้เสมอในการชนทุกประเภท โดยไม่คำนึงถึงความยืดหยุ่นของการชนนั้น

4. คำถาม:เหตุใดพลังงานจลน์จึงไม่ถูกอนุรักษ์ในการชนแบบไม่ยืดหยุ่น? คำตอบ:พลังงานจลน์บางส่วนถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงานรูปแบบอื่น เช่น พลังงานศักยภาพ ความร้อน หรือเสียง

5. คำถาม:จะระบุการชนแบบไม่ยืดหยุ่นได้อย่างไร เพียงแค่สังเกตความเร็วทั้งก่อนและหลังการชน? คำตอบ:พลังงานจลน์รวมก่อนการชนจะมากกว่าพลังงานจลน์รวมหลังการชน

6. คำถาม:การชนแบบไม่ยืดหยุ่นเกิดขึ้นได้ในมิติเดียวเท่านั้นหรือไม่? คำตอบ:ไม่ การชนแบบไม่ยืดหยุ่นสามารถเกิดขึ้นได้ในหนึ่ง สอง หรือสามมิติ หลักการยังคงเหมือนเดิม เพียงแต่การคำนวณเวกเตอร์จะซับซ้อนขึ้นเท่านั้น

7. คำถาม:ในบริบทของฟิสิกส์อนุภาค ผลลัพธ์ทั่วไปของการชนแบบไม่ยืดหยุ่นคืออะไร? คำตอบ:ในฟิสิกส์อนุภาค การชนแบบไม่ยืดหยุ่นมักส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคที่ชนกันไปเป็นอนุภาคชนิดอื่น

8. คำถาม:คุณจะหาปริมาณพลังงานที่สูญเสียไปในการชนแบบไม่ยืดหยุ่นได้อย่างไร? คำตอบ:โดยการคำนวณผลต่างระหว่างพลังงานจลน์เริ่มต้นทั้งหมดและพลังงานจลน์สุดท้ายทั้งหมด

9. คำถาม:เหตุใดการชนแบบไม่ยืดหยุ่นจึงไม่ขัดกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน? คำตอบ:พลังงานยังคงได้รับการอนุรักษ์ เพียงแต่พลังงานถูกแปลงจากรูปแบบหนึ่ง (พลังงานจลน์) ไปเป็นรูปแบบอื่น (เช่น ความร้อนหรือเสียง) แทนที่จะคงอยู่ในรูปของพลังงานจลน์อย่างเดียว

10. คำถาม:การชนกันในโลกแห่งความเป็นจริงส่วนใหญ่เป็นการชนแบบไม่ยืดหยุ่นใช่หรือไม่? คำตอบ:ใช่ การชนกันในโลกแห่งความเป็นจริงส่วนใหญ่เป็นการชนแบบไม่ยืดหยุ่น เพราะโดยทั่วไปแล้วจะมีการแปลงพลังงานจลน์ไปเป็นพลังงานรูปแบบอื่น ๆ

11. คำถาม:ในการชนแบบไม่ยืดหยุ่น ถ้าวัตถุสองชิ้นติดกัน จะสามารถกล่าวอะไรได้บ้างเกี่ยวกับความเร็วรวมของวัตถุทั้งสอง? คำตอบ:ความเร็วรวมของวัตถุทั้งสองถูกกำหนดโดยหลักการอนุรักษ์โมเมนตัม วัตถุทั้งสองจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากันหลังจากชนกัน

12. คำถาม:สัมประสิทธิ์การคืนตัวมีความสัมพันธ์กับการชนแบบไม่ยืดหยุ่นอย่างไร? $คำ$ตอบ:สัมประสิทธิ์การคืนตัว ซึ่งใช้สัญลักษณ์$\mu e$เป็นตัววัด "ความเด้ง" ของการชน สำหรับการชนแบบไม่ยืดหยุ่นอย่างสมบูรณ์$\mu e$

13. คำถาม:เหตุใดการชนแบบไม่ยืดหยุ่นจึงอาจทำให้เกิดเสียงได้? คำตอบ:การชนสามารถทำให้เกิดการสั่นสะเทือนในวัตถุที่ชนกัน ซึ่งอาจก่อให้เกิดคลื่นเสียงในตัวกลางโดยรอบ

14. คำถาม:พลังงานศักย์โน้มถ่วงสามารถเป็นปัจจัยในการชนแบบไม่ยืดหยุ่นได้หรือไม่? คำตอบ:ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากการชนส่งผลให้ความสูงหรือตำแหน่งของวัตถุเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งเป็นการเปลี่ยนพลังงานจลน์เป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วง

15. คำถาม:ทำไมลูกบอลยางจึงไม่เกิดการชนแบบไม่ยืดหยุ่นอย่างสมบูรณ์ ทั้งๆ ที่มัน "เด้งได้"? คำตอบ:ลูกบอลยางเกิดการชนแบบยืดหยุ่นหรือใกล้เคียงกับความยืดหยุ่น เพราะมันมีแนวโน้มที่จะรักษาพลังงานจลน์ส่วนใหญ่ไว้และเด้งกลับ มันไม่ติดกัน ซึ่งจะเป็นลักษณะเฉพาะของการชนแบบไม่ยืดหยุ่นอย่างสมบูรณ์

16. คำถาม:ลูกดินเหนียวอ่อนสองลูกสามารถแสดงการชนแบบไม่ยืดหยุ่นสมบูรณ์ได้หรือไม่? คำตอบ:ได้ เพราะเมื่อลูกดินเหนียวอ่อนสองลูกชนกัน พวกมันมักจะติดกันและไม่กระเด้งกลับ ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการชนแบบไม่ยืดหยุ่นสมบูรณ์

17. คำถาม:การชนแบบไม่ยืดหยุ่นสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่มีเสียงหรือความร้อนหรือไม่? คำตอบ:เกิดขึ้นได้ยาก แต่เป็นไปได้ พลังงานอาจถูกกระจายไปในรูปแบบอื่นที่ละเอียดอ่อน หรือถูกเก็บสะสมไว้ในรูปของพลังงานศักย์ภายใน

18. คำถาม:การชนแบบไม่ยืดหยุ่นสามารถย้อนกลับได้หรือไม่? คำตอบ:โดยทั่วไป การชนแบบไม่ยืดหยุ่นไม่สามารถย้อนกลับได้ เนื่องจากกระบวนการเปลี่ยนพลังงานจลน์ไปเป็นรูปแบบอื่นทำให้ยากที่จะกลับไปสู่สถานะเริ่มต้น

19. คำถาม:แรงต้านอากาศเกี่ยวข้องกับการชนแบบไม่ยืดหยุ่นอย่างไร? คำตอบ:แรงต้านอากาศสามารถทำให้การชนไม่ยืดหยุ่นมากขึ้นได้โดยการเปลี่ยนพลังงานจลน์บางส่วนให้เป็นความร้อน

20. คำถาม:การชนแบบไม่ยืดหยุ่นมีผลต่อการออกแบบด้านความปลอดภัย เช่น โซนยุบตัวของรถยนต์หรือไม่? คำตอบ:ใช่ โซนยุบตัวในรถยนต์ได้รับการออกแบบมาให้ทนต่อการชนแบบไม่ยืดหยุ่น ดูดซับพลังงานจลน์ และลดแรงที่กระทำต่อผู้โดยสาร

การชนแบบไม่ยืดหยุ่นมีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจกฎการอนุรักษ์ทางฟิสิกส์ และเป็นส่วนสำคัญในแอปพลิเคชันเชิงปฏิบัติและการออกแบบด้านความปลอดภัยมากมาย