Zderzenia liniowe

Za chwilę dwa wagony zderzą się ze sobą... Wiemy, że oba wagony mają pęd, p, który obliczamy mnożąc masę przez prędkość. Jest jeszcze jedna, ważna rzecz. Wagony mają także energię, która powstała w wyniku ich ruchu, i której nie należy mylić z pędem. Są to dwie różne rzeczy.

Energia wynikająca z ruchu, energia kinetyczna, obliczana jest za pomocą tego równania. Energia: „E" równa się masie „m" pomnożonej przez prędkość „v" podniesioną do kwadratu podzielonym przez dwa. Przy literze E jest mała litera k zapisana w indeksie dolnym. Oznacza to, że mamy na myśli energię kinetyczną. Jednostką energii jest dżul.

Pęd i energia kinetyczna to dwie różne rzeczy, ale obie są istotne, kiedy przedmioty zderzają się. Gdy dwa przedmioty zderzają się, pęd jest zachowywany. A co z energią kinetyczną? Czy ona też jest zachowywana? To zależy.

Spójrzmy na kilka przykładów. Oto dwa wagony tej samej wielkości i o tej samej masie. Każdy z nich waży 0,5 kilograma. Oj. Zaraz nastąpi zderzenie.

Wciśnijmy pauzę zanim to się stanie. Jeden z wagonów porusza się z prędkością czterech metrów na sekundę. Jeśli chodzi o energię kinetyczną, to spójrzmy na równanie. Masa to: 0,5 kilograma... razy prędkość: 4 metry na sekundę podniesione do kwadratu, podzielone przez dwa.

Wynik to cztery dżule. To energia kinetyczna wagonu po lewej stronie. Wagon po prawej nie porusza się, więc nie ma żadnej energii kinetycznej. Energia wynosi zero. Oglądajmy film dalej.

Wagony zderzają się... Widzicie? Jeden wagon zupełnie się zatrzymuje, podczas gdy drugi zaczyna poruszać się z prędkością 4 metrów na sekundę. Ile teraz wynosi energia kinetyczna? Energia kinetyczna wagonu po lewej stronie wynosi zero, a wagon po prawej stronie porusza się z prędkością czterech metrów na sekundę.

Ten wagon ma energię kinetyczną równą... czterem dżulom. Po protu to obliczyliśmy. Przed i po tym zderzeniu całkowita energia kinetyczna wynosi tyle samo, czyli cztery dżule. Takie zderzenie nazywamy sprężystym.

Przeprowadźmy inny eksperyment. Tym razem wagon po prawej stronie zastąpimy trochę mniejszym wagonem, który waży 0,4 kilograma. Oto zbliża się duży wagon z prędkością czterech metrów na sekundę. Obliczyliśmy już, że ma on energię kinetyczną równą czterem dżulom. Zderzają się...

Ojej, teraz oba wagony poruszają się w tym samym kierunku. Duży wagon z prędkością 2 metrów na sekundę, mały wagon porusza się trochę szybciej, z prędkością 2,5 metra na sekundę. Jaka jest całkowita energia kinetyczna? Energia kinetyczna dużego wagonu wynosi: pół razy dwa podniesione do kwadratu podzielone przez dwa. Energia kinetyczna małego wagonu to: 0,4 razy 2,5 podniesione do kwadratu podzielone przez dwa.

Daje to „1" plus „1,25" dżula. To całkowita energia kinetyczna wagonów, a wynik możemy zaokrąglić do 2,3 dżula. Oznacza to, że po zderzeniu wagonów energia kinetyczna jest dużo mniejsza niż przed ich zderzeniem. Na początku energia kinetyczna wynosiła cztery dżule. Część energii kinetycznej została utracona!

Nazywamy to zderzeniem niesprężystym. Co w takim razie dzieje się z utraconą energią? Może być zamieniana w... w ciepło lub dźwięk. Kiedy wagony uderzają w siebie, słyszymy dźwięk.

Jeśli przedmioty ulegają deformacji w wyniku zderzenia, to również wymaga to energii. Ale co to? To znowu wagon o masie 0,5 kilograma. Ale mamy tu coś innego... Aha, styk magnetyczny!

Wagony połączą się przy zderzeniu. A co stanie się później? Popatrzmy. Wagon z lewej nadjeżdża z prędkością... czterech metrów na sekundę.

Wagony zderzają się... Tak, tak jak zakładaliśmy, wagony połączyły się i teraz zachowują się jak jeden przedmiot, który porusza się z prędkością... dwóch metrów na sekundę. Czyli z prędkością o połowę mniejszą niż lewy wagon przed zderzeniem. Jeśli obliczymy energię kinetyczną dla dwóch połączonych wagonów, to wyniesie ona...

2 dżule. Skoro energia kinetyczna zmalała, z 4 dżuli do 2 dżuli, to jest to przykład zderzenia niesprężystego. Ale jeśli dwa ciała połączą się ze sobą po zderzeniu, wtedy nazywamy to zderzeniem całkowicie niesprężystym. Czy istnieje więcej przykładów zderzenia całkowicie niesprężystego? O tak.

Meteoryt uderza w Księżyc i staje się jego częścią. Jest to zderzenie całkowicie niesprężyste. Kula z karabinu wbija się w drewniany cel i pozostaje w nim: ... To zderzenie całkowicie niesprężyste. A więc znamy trzy ważne pojęcia związane ze zderzeniami.

Zderzenie sprężyste, gdzie energia kinetyczna zostaje zachowana. Zderzenie niesprężyste, gdzie energia kinetyczna ulega zmniejszeniu. Jest jeszcze jeden specjalny rodzaj zderzenia niesprężystego: gdzie dwa ciała łączą się ze sobą po zderzeniu. Jest to zderzenie całkowicie niesprężyste.