Omówmy kilka szczegółowych faktów na temat superelastycznej kolizji, jak i gdzie ona występuje, kilka przykładów i szczegółowe fakty.

Zderzenia superelastyczne to takie, w których zderzająca się cząstka nie traci swojej energii kinetycznej, zamiast tego otrzymuje energię kinetyczną od cząstki, z którą się zderza, i przyspiesza po zderzeniu z większą szybkością.

Co to jest super elastyczna kolizja

Mówi się, że zderzenie jest elastyczne, gdy pęd i energia kinetyczna obiektu po zderzeniu są zachowane. Podczas zderzenia obiektów może nastąpić utrata lub zysk energii.

Zderzenie, w którym nie ma utraty energii, zamiast tego, że obiekt zyskuje dodatkową ilość energii, mówi się, że zderzenie jest zderzeniem superelastycznym. To pomocnicze zasilanie energią kinetyczną może być wynikiem zamiany energii potencjalnej obiektu na energię kinetyczną.

Gdzie zachodzi super elastyczna kolizja?

Większość kolizji w przyrodzie to zderzenia niesprężyste gdzie energia kinetyczna zderzającego się obiektu jest zamieniana na inną formę energii.

Cóż, zderzenie superelastyczne występuje głównie w reakcjach wybuchowych, takich jak rozszczepienie jądrowe, reaktory, supernowe, wybuchy itp., które powodują krytyczne uderzenie. Wynika to z uzyskania dodatkowej ilości energii kinetycznej bez utraty energii. Następnie podczas zderzenia obiekt otrzymuje energię od obiektu, z którym się zderza, która przewyższa energię kinetyczną obiektu.

Super elastyczna formuła kolizji

Rozważ dwie cząsteczki o masie m₁ oraz m₂. Cząsteczka o masie m₁ zbliża się od nieskończoności z prędkością u₁ i zderza się z masą m₂ poruszający się z prędkością u₂. Po zderzeniu obie masy odwracają się od siebie tworząc kąt z płaszczyzną o prędkościach v₁ i v₂.

W zderzeniu sprężystym pęd cząstek przed i po zderzeniu jest zachowywany, stąd dany przez zależność

m₁u₁+m₂u₂=m₁v₁+m₂v₂

Gdzie m₁, m₂ to odpowiednio masy cząstek 1 i 2

u₁, u₂ są prędkościami początkowymi zarówno cząstki przed zderzeniem, jak i

v₁, v₂ są końcowymi prędkościami cząstek po zderzeniu.

Pęd cząsteczki zderzającej się po zderzeniu będzie większy niż pęd cząsteczki przed zderzeniem.

m₁u₁<m₁v₁

Co oznacza, że u₁<v₁

A energia kinetyczna cząstki w zderzeniu wynosi

1 / 2 m₁u₁²+1/2 m²₂u₂²=1/2m₁v₁²+1/2 m²₂v₂²

Ponieważ ty₁<v₁, energia kinetyczna zderzającej się cząsteczki po zderzeniu wzrośnie.

1 / 2 m₁u₁²<1/2 m²₁v₁²

Oznacza to, że energia związana z cząsteczką 2 zostanie zmniejszona, ponieważ przekaże swoją energię potencjalną cząsteczce 1, która zamieni się w energię kinetyczną.

Przykład super elastycznej kolizji

Porozmawiajmy o niektórych przykłady super elastycznej kolizji aby lepiej zrozumieć ten termin.

Rozszczepienia jądrowego

Rozszczepienie to proces podziału reagenta na dwa lub więcej produktów. Jądro atomu dzieli się na dwa lub więcej jąder, gdy wysokoenergetyczny foton zderza się z jądrami.

Foton zbliżający się z nieskończoności niesie ze sobą energię kinetyczną, bombardując jądro, oddaje swoją energię do jądra, przez co jądro staje się niestabilne. Powoduje to rozszczepienie jądra na dwa jądra potomne uwalniające foton.

Masa jądra zmniejsza się do połowy, a energia potencjalna jądra jest zamieniana na energię kinetyczną, a zatem końcowa energia kinetyczna wydawana w procesie po zderzeniu jest wysoka. Ta technika jest wykorzystywana w broni jądrowej, w reaktorach jądrowych do wytwarzania ogromnej energii.

Stopy z pamięcią kształtu

Stopy z pamięcią kształtu to super elastyczne materiały wytwarzane w określonej temperaturze. Stop jest formowany w określony kształt podczas podgrzewania, utrzymywania określonej temperatury i szybkiego schładzania. Ten kształt jest zapamiętywany przez stop.

Obiekt zmienia swój kształt pod wpływem obciążenia zewnętrznego, ale odzyskuje swój kształt po zdjęciu obciążenia i wystawieniu go na tę samą temperaturę, w której powstał. Ta superelastyczność jest procesem odwracalnym.

Jako stop z pamięcią kształtu stosuje się głównie stopy miedziano-aluminiowo-niklowe i niklowo-tytanowe. Jednym z takich stopów z pamięcią kształtu, stosowanych w produkcji drutów ortodontycznych, jest nikiel-tytan.

Bomba uranowa

Uran-235 jest atomem silnie radioaktywnym i podczas swojego rozszczepienia oddaje dużą ilość energii, dlatego jest najczęściej używany w reaktorach i materiałach wybuchowych.

Jest to podobne do rozszczepienia jądrowego, gdy neutron zderza się z atomem uranu-235, energia kinetyczna neutronu jest przenoszona na atom uranu i staje się niestabilna z powodu dodatkowej dostępności neutronów. Ten neutron odskakuje wraz z atomem.

Wysoce niestabilny atom dzieli się na dwa jądra potomne pokazane na powyższym schemacie, uwalniając trzy wolne jądra, które następnie reagują z innym atomem uranu w celu rozszczepienia. Reakcja ta wydziela ogromną ilość energii i ciepła do otoczenia, jest więc reakcją egzotermiczną.

Wiosna

Sprężyna po ściśnięciu przechowuje w sobie energię potencjalną. Po zwolnieniu nacisku ze struny oddaje dużą ilość energii potencjalnej w postaci energii kinetycznej.

Czytaj więcej na wiosnę energia potencjalna.

Kometa zbliża się do słońca

Słońce ma największą siłę przyciągania grawitacyjnego w Słońcu mgławica stąd większość komet zbliżających się z odległej mgławicy okrąża Słońce. Zyskują wystarczającą ilość energii potencjalnej dzięki promieniowaniu emitowanemu przez Słońce i odchylają się po parabolicznej ścieżce. Energia kinetyczna komety po odchyleniu jest znacznie większa niż jej energia kinetyczna podczas zbliżania się do Słońca.

Czy impuls jest zachowany w zderzeniu sprężystym?

Impuls definiowany jest jako siła działająca na obiekt w określonym przedziale czasu i podane przez wzór

ja=FΔ t

Gdzie ja jestem impulsem

F jest siłą

Δ to zmiana w czasie.

Impuls jest również równy zmianie pędu obiektu.

I=ΔP

Stąd, ΔP=F Δ t

W zderzeniu sprężystym zmiana pędu obiektu jest równa różnicy między pędem obiektu przed i po zderzeniu.

ΔP=m[V_f-V_i]

Gdzie m jest masą zderzającego się obiektu.

V_f jest końcową prędkością obiektu

V_i jest prędkością początkową obiektu

Dlatego

F Δ t=m[V_f-V_i]

Impuls na obiekt w zderzeniu można znaleźć, znajdując różnicę między prędkościami obiektu przed i po zderzeniu.

Oczywistym jest, że na oba obiekty występuje impuls do zderzenia, ale ze względu na przeciwną siłę reakcji impuls jest redukowany i kasowany. W większości przypadków następuje niewielka zmiana pędu obiektu.

Jak rozwiązać idealnie elastyczną kolizję?

W zderzeniu idealnie sprężystym nie dochodzi do utraty energii kinetycznej obiektu po zderzeniu. Pęd i energia kinetyczna obiektu w idealnie sprężystym zderzeniu są zachowane.

Rozważ cząstkę o masie m₁ przyspieszanie z prędkością u₁ uderza w cząstkę o masie m₂ poruszanie się z prędkością u₂, to pęd cząstki 1 wynosi m₁ u₁ a cząstki 2 to m₂u₂. Cząstka 1 zbliża się do cząstki 2 i zderza się z nią, tworząc wypadkowe zero i obie cząstki 1 i 2 zyskują prędkość v₁ i v₂ odpowiednio i przekierować w dwóch różnych kierunkach.

Ponieważ pęd cząstek jest zachowywany przed i po zderzeniu

m₁u₁+m₂u₂= m₁v₁+m₂v₂

Nie ma utraty energii kinetycznych cząstek, stąd energia kinetyczna przed i po zderzeniu pozostaje niezmieniona.

1 / 2 m₁u₁+1/2 m²₂u₂=1/2m₁v₁+1/2 m²₂v₂

m₁(u₁-v₁)=m₂(v₂-u₂)

m1/m2=obj₂-u₂/u₁-v₁

Czytaj więcej na 8+ doskonale elastycznych przykładów kolizji: szczegółowe fakty i często zadawane pytania.

Często Zadawane Pytania

Q1. Obiekt A o masie 5 kg zderza się z obiektem B w spoczynku z prędkością 3m/s. Po zderzeniu oba obiekty poruszają się z prędkością 0.8m/s. Jaka jest masa obiektu B? Jaki jest impuls na obiekt w wyniku kolizji?

Biorąc pod uwagę:m₁= 5kg

m₂=?

u₁=3m/s

u₂=0

v₁=v₂=0.8m/s

Ponieważ pęd jest zachowany w kolizji

m₁u₁+m₂u₂=m₁v₁+m₂v₂

5*3+m₂*0=5*0.8+m₂* 0.8

15+0=4+m₂* 0.8

11=m₂* 0.8

m₂=11/0.8=13.75kg

Masa obiektu 2 to 13.75 kg.

Całkowity pęd obiektu przed zderzeniem wynosi

P_początkowy=m₁u₁+m₂u₂=5*3+13.75*0=15

P_finał=m₁v₁+m₂v₂ = 5*0.8 + 13.75 * 0.8 = 4+11 = 15

Impuls na obiekt z powodu kolizji jest

Ja = ΔP=P_finał - P_początkowy = 15-15 = 0

Dlatego w zderzeniu nie ma zachowanego impulsu.

Jaki jest impuls z powodu kolizji?

Impuls to czas trwania siły przyłożonej do cząstek podczas zderzenia.

Jest on również definiowany jako zmiana pędu obiektów przed i po zderzeniu i jest równa sile wywieranej przez obiekt na czas skończony.

Jak impuls opóźnia się w zderzeniu idealnie sprężystym i superelastycznym?

Połączenia pęd obiektu jest zachowany, stąd impuls staje się zero w idealnie sprężystej kolizji.

W zderzeniu superelastycznym pęd obiektu wzrasta po zderzeniu wraz ze wzrostem energii kinetycznej, dlatego impuls jest dodatni.

Przeczytaj także:

• Czy pęd jest zachowany w zderzeniu sprężystym?