Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Mecanica » Coliziunea inelastică

Coliziunea inelastică

postat în: Mecanica 0
Coliziunea inelastică
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Bouncing_ball_strobe_edit.jpg 

(O minge fotografiată stroboscopic la 25 imagini pe secundă. Fiecare impact al mingii este inelastică, ceea ce inseamna ca energia se disipeaza la fiecare săritură. Ignorând rezistența la aer, rădăcina pătrată a raportului dintre înălțimea unei singure sarituri și cea a săriturii precedente dă coeficientul de restituire pentru impactul minge/suprafață.)

La o coliziune inelastică, spre deosebire de o coliziune elastică, energia cinetică nu este conservată, datorită acțiunii de frecare internă.

În coliziunile corpurilor macroscopice, o anumită energie cinetică este transformată în energia vibrațională a atomilor, provocând un efect de încălzire, iar corpurile sunt deformate.

Moleculele unui gaz sau lichid rar întâlnesc coliziuni perfect elastice, deoarece energia cinetică este schimbată între mișcarea translațională a moleculelor și gradele interne de libertate cu fiecare coliziune. În orice moment, jumătate din coliziuni sunt – într-o măsură diferită – inelastice (perechea posedă mai puțină energie cinetică după coliziune decât înainte) și jumătate ar putea fi descrisă ca fiind “super-elastice” (posedă mai multă energie cinetică după coliziune decât înainte). În medie pe o probă întreagă, coliziunile moleculare sunt elastice.

Deși coliziunile inelastice nu conservă energia cinetică, ele se supun conservării momentului. Problemele simple ale pendulului balistic se supun conservării energiei cinetice numai atunci când blocul se leagănă la cel mai mare unghi.

În fizica nucleară, o coliziune inelastică este cea în care particulele incidente determină nucleul pe care îl lovesc să se excite sau să se rupă. Împrțtierea inelastică profundă este o metodă de examinare a structurii particulelor subatomice în același mod în care Rutherford a cercetat interiorul atomului. Astfel de experimente au fost efectuate pe protoni la sfârșitul anilor 1960, folosind electroni de mare energie la Stanford Linear Accelerator (SLAC). Ca și în dispersia lui Rutherford, împrăștierea inelastică profundă a electronilor prin ținte de protoni a arătat că majoritatea electronilor incidenți interacționează foarte puțin și trec direct, doar un număr mic revenind. Acest lucru indică faptul că sarcina protonului este concentrată în bucăți mici, care amintesc de descoperirea lui Rutherford că sarcina pozitivă a unui atom este concentrată în nucleu. Totuși, în cazul protonului, dovezile sugerează trei concentrații distincte de sarcină (cuarci), și nu una.

Formula

Formula pentru viteze după o coliziune unidimensională este:

va = (CRmb(ub – ua) + maua + mbub)/(ma + mb)

vb = (CRma(ua – ub) + maua + mbub)/(ma + mb)

unde: va este viteza finală a primului obiect după impact; vb este viteza finală a celui de-al doilea obiect după impact; ua este viteza inițială a primului obiect înainte de impact; ub este viteza inițială a celui de-al doilea obiect înainte de impact; ma este masa primului obiect; mb este masa celui de-al doilea obiect; CR este coeficientul de restituire (dacă este 1 avem o coliziune elastică; dacă este 0, avem o coliziune perfect inelastică).

Într-un centru de impulsuri, formulele se reduc la:

va = -CRua

vb = -CRub

În cazul coliziunilor bidimensionale și tridimensionale, vitezele din aceste formule sunt componente perpendiculare pe linia/planul tangent la punctul de contact.

Impulsul normal este:

Jn = (mamb/(ma + mb)) (1 + CR) (ub – ua)

Rezultând vitezele vectoriale:

Δva = Jnna/ma

Δvb  = Jnnb/mb

Coliziune perfect inelastică

O coliziune perfect inelastică are loc atunci când se pierde cantitatea maximă de energie cinetică a unui sistem. Într-o coliziune perfect inelastică, cu un coeficient zero de restituire, particulele din coliziune se lipesc împreună. Într-o astfel de coliziune, energia cinetică se pierde prin legarea celor două corpuri împreună. Această energie de legătură generează de obicei o pierdere de energie cinetică maximă a sistemului. Este necesar să se țină seama de conservarea impulsului. Ecuația de mai jos este valabilă pentru coliziunea inelastică perfectă a două corpuri (corpul A, corpul B). În acest exemplu, impulsul sistemului este conservat deoarece se consideră că nu există nicio frecare între corpurile culisante și mediu.

maua + mbub = (ma + mb)v

unde v este viteza finală, care este dată prin

v = (maua + mbub)/(ma + mb)

Reducerea energiei cinetice totale este egală cu energia cinetică totală înainte de coliziune într-un cadru a centrului de impuls în raport cu sistemul a două particule, deoarece într-un astfel de cadru energia cinetică după coliziune este zero. În acest cadru, cea mai mare parte a energiei cinetice înainte de ciocnire este cea a particulei cu masa mai mică. Într-un alt cadru, pe lângă reducerea energiei cinetice, poate exista un transfer al energiei cinetice de la o particulă la alta; faptul că aceasta depinde de cadru arată cât de relativă este aceasta.

Cu timpul inversat avem situația a două obiecte împinse unul de celălalt, de ex. tragând un proiectil sau o rachetă care aplică forța de tracțiune.

Coliziuni parțial inelastice

Coliziunile parțial inelastice sunt cea mai comună formă de coliziune în lumea reală. În acest tip de coliziune, obiectele implicate în coliziuni nu se lipesc, dar se pierde energie cinetică. Frecarea, sunetul și căldura sunt câteva modalități prin care energia cinetică poate fi pierdută prin coliziuni parțiale inelastice.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *