هل يتم حفظ الطاقة الحركية في حالة حدوث تصادم مرن: لماذا ومتى وحقائق مفصلة وأسئلة وأجوبة


عندما يظل كل نظام على حاله بعد الاصطدام كما كان من قبل ، يُعرف باسم التصادم المرن.

تعريف الاصطدام المرن نفسه يصرخ أن الطاقة الحركية و زخم من الجثة بعد الاصطدام. هذا يعني أن الطاقة الحركية والزخم سيكونان متطابقين قبل التصادم وبعده.

سيحاول هذا المقال الإجابة على السؤال "هل الطاقة الحركية محفوظة في حالة الاصطدام المرن؟" من خلال فهم لماذا ومتى يتم حفظها.

للتعرف على الفرق بين الطاقة الحركية والإمكانات الطاقة ، دعونا نلقي نظرة على تعريفاتها.

الطاقة الحركية - إنها الطاقة التي يمتلكها الجسم عندما يكون في حالة حركة.

الطاقة الكامنة - إنها الطاقة التي يمتلكها الجسم عندما يكون في حالة راحة. ومن المعروف أيضا باسم طاقة مخزنة.

لماذا يتم حفظ الطاقة الحركية في حالة التصادم المرن؟

في تصادم مرن، لا يوجد تشوه في الأجسام المتصادمة.

إذا اصطدم جسمان وتم تشويههما دائمًا ، يُعرف ذلك باسم التصادم غير المرن. ولكن ، إذا عادت الكائنات إلى شكلها وحجمها الأصليين ، يُعرف التشوه باسم التصادم المرن.

في حالة الاصطدام المرن ، يحدث التشوه لجزء من الثواني فقط بينما تتصادم الأجسام بمجرد انتهاء التصادم ، فتتحول الأجسام إلى شكلها وحجمها الطبيعي.

لا تصادم مرن 100٪. هناك القليل من الطاقة المفقودة بأي شكل من الأشكال. لكن هذه الخسارة طفيفة بشكل استثنائي بحيث يمكن إهمالها. التصادمات المرنة المثالية موجودة فقط في النظريات.

على سبيل المثال ، افترض كرتين من الكتلة M.1 و M2 السفر نحو بعضها البعض بسرعات U1 و أنت2، على التوالى. يضربون ويرتدون في اتجاه مختلف بسرعات V1 و V2، على التوالى. لم يلاحظ أي فقد للطاقة في هذا التفاعل.

إذا فقد أحد المتفاعلات زخمه أو طاقته الحركية ، فسيكتسب الجسم الآخر نفس القدر من الزخم أو الطاقة الحركية. وهكذا ، فإن المبلغ الإجمالي للطاقة الحركية و زخم النظام ستبقى كما هي ، وبالتالي ، يُقال أن الطاقة الحركية والزخم محفوظان.

ليس فقط هي الطاقة الحركية المحفوظة في تصادم مرن ، ولكن يتم الحفاظ على الزخم أيضًا في هذا التفاعل.

لذلك ، يتم إعطاء معادلة الحفاظ على الزخم على النحو التالي:

M1U1 + م2U2 = م1V1 + م2V2

أين،M1 و M2 = كتل الكائن 1 والكائن 2 ، على التوالي.
 U1 و أنت2 = السرعات الابتدائية (قبل الاصطدام) للجسم 1 والجسم 2 على التوالي.
 V1 و V2 = السرعات النهائية (بعد الاصطدام) للجسم 1 والجسم 2 على التوالي.
هي الطاقة الحركية المحفوظة في تصادم مرن
عرض تصادم مرن بين كرتين

هناك عدة أسباب وراء ارتداد الكرة للخلف. يمكن أن يكون أحد الأسباب الرئيسية هو مادة الكرة. سوف ترتد الكرة المطاطية أكثر من كرة معدنية. لذا فإن تأثير الاصطدام يعتمد على مادة المادة المتصادمة.

عندما يحدث التصادم ، فإن ملف يتم تحويل الطاقة الحركية إلى جهد الطاقة ، ولكن هذا لفترة وجيزة للغاية ويتحول على الفور إلى طاقة حركية. لذلك ، إذا سئل "هل الطاقة الحركية محفوظة في تصادم مرن؟" ، ستكون الإجابة نعم ، مع التفسير أعلاه.

قراءة المزيد عن أكثر من 15 استخدامًا للطاقة الحركية.

هل يتم حفظ الطاقة الحركية في حالة تصادم مرن تمامًا؟

تماما تصادم مرن يوجد فقط في النظريات ، ولا يتم ملاحظته بشكل عام في حياتنا اليومية.

عندما نتحدث عن الاصطدام المرن "المثالي" ، يجب على المرء أن يتذكر أنه غير موجود بسبب فقدان قدر ضئيل من الطاقة في المحيط. لكن هذه الطاقة صغيرة جدًا وبالتالي ليس لها تأثير كبير على الاصطدام وبالتالي يتم تجاهلها.

يحدث تغيير في الحركة من قبل الجسم عند وقوع الاصطدام. إذا كان الجسمان من نفس الحجم والشكل ، فلنقل أن جسمين يتصادمان ، وكلاهما لهما نفس الوزن ويتحرك كلاهما بنفس السرعة. ثم ، هناك احتمالية أن يكون هذا الاصطدام مرنًا تمامًا إذا لم تكن هناك قوة خارجية مطبقة عليه.

عندما تصطدم الأجسام ، تبدأ الطاقة الحركية في الانخفاض ببطء ، وفي الوقت نفسه ، تزداد الطاقة الكامنة تدريجياً. في حالة الاصطدام المرن تمامًا ، سيتم استعادة هذه الطاقة الكامنة بالكامل إلى طاقة حركية عند انتهاء الاصطدام.

عند حدوث تصادم ، يتم ضغط الكائنات وتشوهها في بعض الأحيان. ولكن في التصادمات المرنة تمامًا ، تستعيد الأجسام شكلها وحجمها الأصليين بمجرد انتهاء الاصطدام ، مما لا ينتج عنه صوت أو حرارة. يمكن للمرء أن يقول أيضًا أن الإصلاح هو 100 ٪ في اصطدامات مرنة تماما.

لاستنتاج إجابة السؤال "هل الطاقة الحركية محفوظة في تصادم مرن؟" ، يمكننا القول إن الطاقة الحركية يتم حفظها في التصادم المرن تمامًا بنفس الطريقة التي يتم الحفاظ عليها في التصادم المرن البسيط.

هل يتم حفظ الطاقة الحركية دائمًا في حالة التصادم المرن؟

يتم الحفاظ على الزخم والطاقة الحركية في جميع الأوقات عند حدوث تصادم مرن.

إذا لم يتم حفظ الزخم والطاقة الحركية في تصادم مرن ، فسيصبح ببساطة تصادمًا غير مرن.

لذلك ، فإن الإجابة على السؤال "هل الطاقة الحركية محفوظة في حالة الاصطدام المرن؟" هو أن الحفاظ على الطاقة الحركية والاصطدام المرن يسيران جنبًا إلى جنب. إذا تم الحفاظ على الطاقة الحركية ، فهذا بالفعل تصادم مرن ، وإذا حدث تصادم مرن ، يتم الحفاظ على الطاقة الحركية بالتأكيد.

قراءة المزيد عن هي القوة الصافية متجه.

هل يتم حفظ الطاقة الحركية فقط في حالة التصادم المرن؟

بالإضافة إلى الطاقة الحركية ، يتم الحفاظ على الزخم أيضًا في حالة الاصطدام المرن.

يتم الحفاظ على الزخم دائمًا في حالة حدوث تصادم حتى يتم تطبيق قوة خارجية. نتيجة لذلك ، يتم الحفاظ على الطاقة الحركية ، وكذلك الزخم ، باستمرار في حدوث تصادم مرن.

يمكن للمثال التالي شرح إثبات الحفاظ على الزخم.

فكر في كرة بوزن 4 كجم تم رميها بسرعة 50 كم / ساعة باتجاه فتاة وزنها 50 كجم واقفة ثابتة (في حالة السكون).

زخم الكرة قبل الاصطدام = mv = 4 x 50 = 200 kg. كم / ساعة.

زخم الفتاة قبل الاصطدام = mv = 50 x 0 = 0 kg. كم / ساعة.

لذلك ، فإن الزخم الكلي للنظام قبل الاصطدام = 200 + 0 = 200 كجم. كم / ساعة.

الآن ، سرعة الكرة والفتاة بعد الاصطدام غير معروفة.

وبالتالي ، فإن زخم الكرة بعد الاصطدام = mv = 4 kg xv = 4v

وزخم الفتاة بعد الاصطدام = mv = 50 kg xv = 50 v

لذا ، فإن الزخم الكلي للنظام بعد الاصطدام = 50 × 4 = 200 كجم كم / ساعة

لذلك ، قد تكون هناك تغييرات داخلية في المقادير ، لكن الزخم الكلي للنظام قبل الاصطدام وبعده هو نفسه.

لذلك ، يتوج الحفاظ على زخم النظام.

جنبًا إلى جنب مع التصادمات المرنة ، يتم الحفاظ على زخم النظام من أجله تصادمات غير مرنة أيضًا. هناك تغيير في الحفاظ على الطاقة الحركية فقط. إذا تم الحفاظ على الطاقة الحركية ، فهذا تصادم مرن ، وإذا كان هناك تغيير في الطاقة الحركية ، فهذا يعني أنه اصطدام غير مرن.

كيف تجد الطاقة الحركية بعد الاصطدام المرن؟

يمكن للمرء أن يجد الطاقة الحركية المحفوظة في تصادم مرن بالصيغة الموضحة أدناه.

نحن نعلم أن معادلة الحفاظ على الزخم تعطى على النحو التالي:

M1U1 + م2U2 = م1V1 + م2V2               - مكافئ. أ

ومعادلة الطاقة الحركية هي: = (1/2) mv2

وبالتالي ، يمكن إعطاء معادلة الحفاظ على الطاقة الحركية على النحو التالي:

(1/2) م1U12 + (1/2) م2U22 = (1/2) م1V12 + (1/2) م2V22     - مكافئ. ب

هذا يعطي معادلة تتكون من كميتين غير معروفين. الآن ، لإيجاد هذه الكميات ، علينا تبسيط المعادلة.

بمجرد إعادة ترتيب الكميات في المعادلة. ب ، يمكننا إلغاء [اللاتكس] \ frac {1} {2} [/ اللاتكس] وبعد ذلك ، نحصل على

M1U12 + م2U22 = م1V12 + م2V22

M1U12 - M1V12 = م2V22 - M2U22

M1 (U12 - ف12) = م2 (V22 - يو22) - مكافئ. ج

بمساعدة نظرية العوملة ذات الحدين مكافئ. يمكن كتابة C كـ:

M1 (U1- ف1) (يو1+ الخامس1) = م2 (V2- يو2) (الخامس2+ يو2) - مكافئ. د

مرة أخرى ، (يو1+ الخامس1) و (V.2+ يو2) تلغى بعضها البعض لأنها نفس الكميات ولكن على جوانب مختلفة من المعادلة. وهكذا ، مكافئ. D مكتوب الآن على النحو التالي:

M1 (U1- ف1) = م2 (V2- يو2) - مكافئ. ه

بمساعدة مكافئ. E ، أصبح من السهل الآن العثور على الكميات غير المعروفة بمجرد إعادة ترتيب المعادلة.

للعثور على U1

للعثور على V.1

للعثور على U2

للعثور على V.2

وبهذه الطريقة ، يمكن معرفة السرعات الأولية والنهائية للجسم ، وبمساعدة ذلك ، يمكن للمرء أن يجد المزيد من الطاقة الحركية للنظام.

بمجرد التعرف على جميع الكميات ، يمكن للمرء أن يساوي هذه الكميات لتحديد ما إذا كانت الطاقة الحركية المحفوظة في تصادم مرن أم لا. لنفترض أن الكميات الموجودة على الجانب الأيسر تساوي الكميات الموجودة على الجانب الأيمن ، فيمكن عندئذٍ التأكد من حفظ الطاقة الحركية ، وهو تصادم مرن.

إذا كان مجموع الكميات على الجانب الأيسر لا يساوي مجموع الكميات على الجانب الأيمن ، فلا يتم حفظ الطاقة الحركية ، ويكون الاصطدام غير مرن.

معادلة أخرى يمكن استخدامها لإيجاد السرعات هي:

وبالتالي ، من خلال كل هذه العمليات ، يمكننا الإجابة على السؤال "هل الطاقة الحركية محفوظة في تصادم مرن؟"


دورفا ديف

أنا دورفا ديف ، أكملت تخرجي في الفيزياء. تسحرني الفيزياء كثيرًا وأحب أن أعرف "لماذا" و "كيف" لكل شيء يتكشف في كوننا. أحاول أن أكتب مدوناتي بلغة بسيطة لكنها فعالة حتى يسهل على القارئ فهمها كما يتذكرها. آمل بفضولي أن أتمكن من تزويد القراء بما يبحثون عنه من خلال مدوناتي. دعنا نتواصل من خلال LinkedIn.

آخر المقالات