Gdy każdy z systemów po zderzeniu pozostaje taki sam, jak przed, nazywa się to zderzeniem sprężystym.
Sama definicja zderzenia sprężystego mówi, że energia kinetyczna oraz pęd ciała są konserwowane po zderzeniu. Oznacza to, że energia kinetyczna i pęd będą identyczne przed i po zderzeniu.
W tym artykule postaram się odpowiedzieć na pytanie „Czy energia kinetyczna jest zachowywana w zderzeniu sprężystym?” poprzez zrozumienie, dlaczego i kiedy jest konserwowany.
Aby rozpoznać różnicę między energia kinetyczna i potencjał energii, spójrzmy na ich definicje.
Energia kinetyczna – to energia, którą posiada ciało, gdy jest w ruchu.
Energia potencjalna – to energia, którą ciało ma w spoczynku. Znany jest również jako zmagazynowana energia.
Dlaczego energia kinetyczna jest zachowywana w zderzeniu sprężystym?
W elastyczna Kolizja, nie ma zniekształceń w zderzających się obiektach.
Jeśli dwa obiekty zderzają się i są niezmiennie zniekształcone, nazywa się to zderzeniem nieelastycznym. Jeśli jednak obiekty powrócą do swojego pierwotnego kształtu i rozmiaru, deformacja nazywana jest kolizją sprężystą.
W zderzeniu sprężystym deformacja występuje tylko przez ułamek sekundy, podczas gdy obiekty zderzają się, gdy tylko kolizja się kończy, obiekty przybierają swój naturalny kształt i rozmiar.
Brak kolizji jest w 100% elastyczny. W jakikolwiek sposób traci się trochę energii. Ale ta strata jest wyjątkowo niewielka, że można ją zlekceważyć. Idealne zderzenia sprężyste istnieją tylko w teoriach.
Załóżmy na przykład, że dwie kule o masie M1 oraz m2 podróżują do siebie z prędkościami U1 i Ty2, odpowiednio. Uderzają i odbijają się w innym kierunku z prędkościami V1 i V2, odpowiednio. W reakcji tej nie zaobserwowano utraty energii.
Jeśli jeden substrat straci swój pęd lub energię kinetyczną, drugi obiekt uzyska taką samą ilość pędu lub energii kinetycznej. Zatem całkowita ilość energii kinetycznej i pęd systemu pozostanie bez zmian i dlatego mówi się, że energia kinetyczna i pęd są zachowane.
Nie tylko czy energia kinetyczna jest zachowana? w zderzeniu sprężystym, ale pęd jest również zachowany w tej reakcji.
Dlatego równanie zachowania pędu jest podane jako:
M1U1 + M.2U2 =M1V1 + M.2V2
Piłka odbija się z różnych powodów. Jednym z głównych powodów może być materiał piłki. Gumowa piłka odbije się bardziej niż metalowa. Tak więc efekt zderzenia zależy od materiału zderzającej się substancji.
Kiedy dochodzi do kolizji, energia kinetyczna jest zamieniana na potencjalną energii, ale trwa to bardzo krótko i natychmiast zamienia się z powrotem w energię kinetyczną. Dlatego też na pytanie: „Czy energia kinetyczna jest zachowana podczas zderzenia sprężystego?” odpowiedź brzmiałaby „tak”, zgodnie z powyższym wyjaśnieniem.
Czytaj więcej na Ponad 15 zastosowań energii kinetycznej.
Czy energia kinetyczna jest zachowana w idealnie sprężystym zderzeniu?
Doskonale elastyczna Kolizja istnieje tylko w teoriach i na ogół nie jest obserwowany w naszym codziennym życiu.
Kiedy mówimy o „doskonałym” zderzeniu sprężystym, należy pamiętać, że ono nie istnieje, ponieważ minimalna ilość energii jest tracona na otoczenie. Ale ta energia jest tak mała, że nie ma znaczącego wpływu na zderzenie i dlatego jest ignorowana.
Gdy dochodzi do kolizji, ciało odczuwa zmianę ruchu. Jeśli obiekty mają ten sam rozmiar i kształt, powiedzmy, że dwa obiekty się zderzają, a oba mają tę samą wagę i poruszają się z tą samą prędkością. Wtedy istnieje szansa, że kolizja ta będzie kolizja idealnie sprężysta, jeśli nie zostanie do niej przyłożona żadna siła zewnętrzna.
Kiedy obiekty zderzają się, energia kinetyczna zaczyna powoli spadać, a jednocześnie energia potencjalna stopniowo wzrasta. W idealnie elastycznej kolizji ta energia potencjalna zostanie całkowicie przetworzona na energię kinetyczną po zakończeniu zderzenia.
Kiedy dochodzi do kolizji, obiekty są ściskane, a czasem deformowane. Jednak w idealnie elastycznych zderzeniach obiekty odzyskują swój pierwotny kształt i rozmiar zaraz po zakończeniu zderzenia, nie wytwarzając dźwięku ani ciepła. Można też powiedzieć, że reformacja jest w 100% w idealnie elastyczne kolizje.
Podsumowując odpowiedź na pytanie „Czy energia kinetyczna jest zachowywana w zderzeniu sprężystym?”, możemy powiedzieć, że energia kinetyczna jest zachowywana w zderzeniu idealnie sprężystym w taki sam sposób, jak w prostym zderzeniu sprężystym.
Czy energia kinetyczna jest zawsze zachowywana w zderzeniu sprężystym?
W przypadku zderzenia sprężystego pęd i energia kinetyczna są zachowane przez cały czas.
Jeśli pęd i energia kinetyczna nie zostaną zachowane w zderzeniu sprężystym, stanie się to po prostu zderzeniem niesprężystym.
Dlatego odpowiedź na pytanie „Czy energia kinetyczna jest zachowana w zderzeniu sprężystym?” jest to, że zasada zachowania energii kinetycznej i zderzenia sprężystego idą w parze. Jeśli energia kinetyczna jest zachowana, to rzeczywiście jest to zderzenie sprężyste, a jeśli dojdzie do zderzenia sprężystego, energia kinetyczna jest zdecydowanie zachowana.
Czytaj więcej na Czy siła netto jest wektorem?.
Czy energia kinetyczna jest zachowywana tylko w zderzeniu sprężystym?
Oprócz energii kinetycznej w zderzeniu sprężystym zachowywany jest również pęd.
Pęd jest zawsze zachowywany podczas zderzenia, dopóki nie zostanie przyłożona siła zewnętrzna. W rezultacie energia kinetyczna, a także pęd, są konsekwentnie zachowywane w przypadku zderzenia sprężystego.
Poniższy przykład może wyjaśnić dowód na zachowanie pędu.
Rozważmy 4 kg piłkę rzuconą z prędkością 50 km/h w kierunku stojącej nieruchomo (w spoczynku) dziewczyny o masie 50 kg.
Pęd kuli przed zderzeniem wynosi = mv = 4 x 50 = 200 kg. km/godz.
Pęd dziewczyny przed zderzeniem wynosi = mv = 50 x 0 = 0 kg. km/godz.
Zatem całkowity pęd układu przed zderzeniem = 200 + 0 = 200 kg. km/godz.
Teraz prędkość piłki i dziewczyny po zderzeniu jest nieznana.
Zatem pęd kuli po zderzeniu = mv = 4 kg xv = 4v
A pęd dziewczyny po zderzeniu = mv = 50 kg xv = 50 v
Zatem całkowity pęd układu po zderzeniu = 50 x 4 = 200 kg km/h
Tak więc mogą wystąpić wewnętrzne zmiany w wielkościach, ale całkowity pęd układu przed i po zderzeniu jest taki sam.
Dlatego kulminacją jest zachowanie pędu systemu.
Wraz ze zderzeniami sprężystymi pęd układu jest zachowywany przez zderzenia niesprężyste także. Następuje tylko zmiana zasady zachowania energii kinetycznej. Jeśli energia kinetyczna jest zachowana, to jest to zderzenie sprężyste, a jeśli następuje zmiana energii kinetycznej, to jest zderzenie nieelastyczne.
Jak znaleźć energię kinetyczną po zderzeniu sprężystym?
Można znaleźć energię kinetyczną zachowaną w zderzeniu sprężystym według wzoru opisanego poniżej.
Wiemy, że równanie na zachowanie pędu jest podany jako:
M1U1 + M.2U2 =M1V1 + M.2V2 – równ. A
A równanie na energię kinetyczną to: =(1/2)mv2
Zatem równanie zachowania energii kinetycznej może być podane jako:
(1/2) mln1U12 + (1/2) M2U22 = (1/2) M1V12 + (1/2) M2V22 – równ. b
Daje to równanie składające się z dwóch nieznanych wielkości. Teraz, aby znaleźć te wielkości, musimy uprościć równanie.
Po przestawieniu ilości w równ. B, możemy anulować 1/2, a następnie otrzymujemy
M1U12 + M.2U22 =M1V12 + M.2V22
M1U12 - M1V12 =M2V22 - M2U22
M1 (U12 - V12) = M2 (V22 - U22) – równ. C
Za pomocą rozkładania na czynniki twierdzenie dwumianowe równ. C można zapisać jako:
M1 (U1- V1) (U1+ V1) = M2 (V2- U2) (W2+ ty2) – równ. D
Znowu (U1+ V1) i (V2+ ty2) znoszą się nawzajem, ponieważ są to te same wielkości, ale po różnych stronach równania. Tak więc równ. D jest teraz zapisywane jako:
M1 (U1- V1) = M2 (V2- U2) – równ. mi
Za pomocą eq. E, teraz łatwo jest znaleźć nieznane wielkości, po prostu zmieniając równanie.
Do znalezienia U1
Do znalezienia V1
Za znalezienie U2
Do znalezienia V2
W ten sposób można poznać początkowe i końcowe prędkości ciała, za pomocą których można dalej znaleźć energię kinetyczną układu.
Po rozpoznaniu wszystkich wielkości można je zrównać, aby określić, czy energia kinetyczna jest zachowana w zderzeniu sprężystym, czy nie. Załóżmy, że wielkości po lewej stronie są równe wielkościom po prawej stronie, wtedy można potwierdzić, że energia kinetyczna jest zachowana i jest to zderzenie sprężyste.
Jeżeli suma wielkości po lewej stronie nie jest równa sumie wielkości po prawej stronie, to energia kinetyczna nie jest zachowana i zderzenie jest niesprężyste.
Inne równanie, którego można użyć do obliczenia prędkości, to:
Dzięki tym wszystkim procesom jesteśmy w stanie odpowiedzieć na pytanie „Czy energia kinetyczna jest zachowana w zderzeniu sprężystym?”.
Przeczytaj także:
- Jak obliczyć energię fotonu
- Jak obliczyć energię magnetyczną w rezonansie magnetycznym w celu poprawy obrazowania
- Jak określić energię w nadprzewodniku
- Jak obliczyć energię w symulacjach rzeczywistości wirtualnej
- Energia potencjalna sprężystości na energię kinetyczną
- Jest energią elektryczności statycznej
- Jak zaprojektować sprzęt fitness oparty na energii kinetycznej, aby efektywnie wytwarzać energię
- Jak zmierzyć energię potencjalną skoczka narciarskiego w punkcie startu skoku
- Jak znaleźć energię w obserwatorium promieni kosmicznych
- Jak wykorzystać energię chemiczną w ogniwach paliwowych
Jestem Durva Dave, ukończyłem studia podyplomowe z fizyki. Fizyka bardzo mnie fascynuje i lubię wiedzieć „dlaczego” i „jak” o wszystkim, co dzieje się w naszym wszechświecie. Staram się pisać moje blogi prostym, ale skutecznym językiem, aby czytelnik był łatwiejszy do zrozumienia i zapamiętania. Mam nadzieję, że z moją ciekawością jestem w stanie przekazać czytelnikom to, czego szukają poprzez moje blogi. Połączmy się przez LinkedIn.