KERETAKAN TIDAK ELASTIK: DALAM SATU DIMENSI DAN CONTOH - FIZIKAL - 2025

The perlanggaran tidak boleh berubah atau perlanggaran tidak boleh berubah adalah pendek dan interaksi sengit antara dua objek di mana jumlah pergerakan dikekalkan, tetapi tidak tenaga kinetik, yang berubah peratusan beberapa bentuk tenaga yang lain.

Keretakan atau perlanggaran sering berlaku. Zarah-zarah subatom bertabrakan pada kelajuan yang sangat tinggi, sementara banyak sukan dan permainan terdiri dari perlanggaran berterusan. Malah galaksi mampu bertembung.

Gambar 1. Uji perlanggaran kereta. Sumber: Pixabay

Sebenarnya, momentum dipelihara dalam sebarang jenis perlanggaran, selagi zarah-zarah bertabrakan membentuk sistem terpencil. Jadi dalam pengertian ini tidak ada masalah. Sekarang, objek mempunyai tenaga kinetik yang berkaitan dengan pergerakan yang mereka miliki. Apa yang boleh berlaku pada tenaga itu semasa ia memukul?

Kekuatan dalaman yang berlaku semasa perlanggaran antara objek sangat kuat. Apabila dinyatakan bahawa tenaga kinetik tidak dijimatkan, itu bermaksud ia berubah menjadi jenis tenaga lain: misalnya, menjadi tenaga bunyi (perlanggaran spektakuler mempunyai bunyi yang khas).

Lebih banyak kemungkinan penggunaan untuk tenaga kinetik: haba akibat geseran, dan tentu saja ubah bentuk yang tidak dapat dielakkan yang dilalui objek ketika mereka bertembung, seperti badan kereta pada gambar di atas.

Contoh perlanggaran tidak elastik

- Dua jisim plasticine yang bertabrakan dan tetap bersama, bergerak sebagai satu bahagian setelah perlanggaran.

- Bola getah yang melambung dari dinding atau lantai. Bola berubah bentuk semasa memukul permukaan.

Tidak semua tenaga kinetik berubah menjadi jenis tenaga lain, dengan sedikit pengecualian. Objek dapat menyimpan sejumlah tenaga ini. Nanti kita akan melihat bagaimana mengira peratusannya.

Apabila bahagian yang bertabrakan melekat, tumbukan disebut tidak elastik, dan kedua-duanya sering bergerak bersama.

Perlanggaran tidak elastik dalam satu dimensi

Perlanggaran dalam gambar menunjukkan dua objek yang berlainan jisim m ₁ dan m ₂ , saling bergerak satu sama lain dengan halaju v _i1 dan v _i2 . Segala sesuatu berlaku secara mendatar, iaitu perlanggaran dalam satu dimensi, yang paling senang dikaji.

Rajah 2. Perlanggaran antara dua zarah yang berlainan jisim. Sumber: buatan sendiri.

Objek bertabrakan dan kemudian melekat bersama bergerak ke kanan. Ini adalah perlanggaran yang tidak elastik, jadi kita hanya perlu mengekalkan momentum:

Momentum adalah vektor yang unit SI adalah Ns. Dalam situasi yang dijelaskan, notasi vektor dapat dikeluarkan ketika menangani perlanggaran dalam satu dimensi:

Momentum sistem adalah jumlah vektor momentum setiap zarah.

Kelajuan terakhir diberikan oleh:

Pekali pemulihan

Terdapat kuantiti yang dapat menunjukkan betapa elastiknya perlanggaran. Ini adalah pekali pemulihan, yang ditakrifkan sebagai hasil negatif antara halaju relatif zarah selepas perlanggaran dan halaju sebelum perlanggaran.

Biarkan u _{1 dan} u _{2 menjadi} halaju zarah pada mulanya. Dan biarkan v ₁ dan v _{2 menjadi} halaju akhir masing-masing. Secara matematik, pekali pemulihan dapat dinyatakan sebagai:

- Jika ε = 0 ia sama dengan menegaskan bahawa v ₂ = v ₁ . Ini bermaksud bahawa kelajuan akhir adalah sama dan perlanggaran tidak elastik, seperti yang dijelaskan dalam bahagian sebelumnya.

- Apabila ε = 1 ini bermaksud bahawa halaju relatif sebelum dan selepas perlanggaran tidak berubah, dalam hal ini perlanggaran itu elastik.

- Dan jika 0 <ε <1 bahagian tenaga kinetik perlanggaran diubah menjadi beberapa tenaga lain yang disebutkan di atas.

Bagaimana menentukan pekali pemulihan?

Pekali pemulihan bergantung pada kelas bahan yang terlibat dalam perlanggaran. Ujian yang sangat menarik untuk menentukan seberapa elastik bahan membuat bola adalah menjatuhkan bola pada permukaan tetap dan mengukur ketinggian pantulan.

Rajah 3. Kaedah untuk menentukan pekali pemulihan. Sumber: buatan sendiri.

Dalam kes ini, plat tetap selalu mempunyai kelajuan 0. Sekiranya diberikan indeks 1 dan indeks bola 2 adalah:

Pada awalnya disarankan agar semua tenaga kinetik dapat diubah menjadi jenis tenaga lain. Lagipun, tenaga tidak musnah. Adakah mungkin objek bergerak bertembung dan bergabung bersama untuk membentuk satu objek yang tiba-tiba berhenti? Ini tidak begitu mudah dibayangkan.

Namun, mari kita bayangkan ia berlaku sebaliknya, seperti dalam filem yang dilihat secara terbalik. Oleh itu objek itu pada mulanya dalam keadaan rehat dan kemudian meletup berpecah menjadi pelbagai bahagian. Keadaan ini sangat mungkin: ia adalah letupan.

Oleh itu, letupan boleh dianggap sebagai pelanggaran tidak elastik yang dilihat ke belakang pada masa yang lalu. Momentum ini juga terpelihara, dan dapat dinyatakan bahawa:

Contoh Berfungsi

-Latihan 1

Dari pengukuran diketahui bahawa pekali pemulihan baja adalah 0.90. Sebiji bola besi dijatuhkan dari ketinggian 7 m ke piring tetap. Kira:

a) Berapa tinggi ia akan melantun.

b) Berapa lama masa yang diperlukan antara kontak pertama dengan permukaan dan yang kedua.

Penyelesaian

a) Persamaan yang telah disimpulkan sebelumnya dalam bahagian menentukan pekali pemulihan digunakan:

Ketinggian h ₂ dibersihkan :

0.90 ² . 7 m = 5.67 m

b) Untuk naik 5,67 meter, kelajuan diperlukan diberikan oleh:

t _max = v _o / g = (10.54 / 9.8 s) = 1.08 s.

Masa yang diperlukan untuk kembali adalah sama, oleh itu jumlah masa untuk mendaki 5,67 meter dan kembali ke titik permulaan adalah dua kali masa maksimum:

t _penerbangan = 2.15 s.

-Latihan 2

Gambar menunjukkan sebongkah kayu berukuran massa M yang tergantung pada tali panjang dalam mod pendulum. Ini disebut pendulum balistik dan digunakan untuk mengukur halaju v masuk ke peluru jisim m. Semakin cepat peluru memukul blok, semakin tinggi h akan meningkat.

Peluru dalam gambar tertanam di blok, oleh itu ia sangat mengejutkan.

Rajah 4. bandul balistik.

Katakan peluru 9,72-g mencapai blok jisim 4,60 kg, maka pemasangan naik 16,8 cm dari keseimbangan. Berapakah halaju v peluru?

Penyelesaian

Semasa perlanggaran, momentum dipelihara dan u _f adalah halaju keseluruhannya, setelah peluru itu melekat di blok:

Blok pada mulanya dalam keadaan rehat, sementara peluru ditujukan pada sasaran dengan kecepatan v:

U _f belum diketahui , tetapi setelah perlanggaran tenaga mekanik dijimatkan, ini adalah jumlah tenaga berpotensi graviti U dan tenaga kinetik K:

Tenaga mekanikal awal = Tenaga mekanikal akhir

Tenaga keupayaan graviti bergantung pada ketinggian ke mana set tersebut. Untuk kedudukan keseimbangan, ketinggian awal adalah yang diambil sebagai tahap rujukan, oleh itu:

Berkat peluru, set ini mempunyai tenaga kinetik K _o , yang diubah menjadi tenaga berpotensi graviti apabila set mencapai ketinggian maksimum h. Tenaga kinetik diberikan oleh:

Pada mulanya tenaga kinetik adalah:

Ingat bahawa peluru dan blok sudah membentuk satu objek berjisim M + m. Tenaga berpotensi graviti apabila mereka telah mencapai ketinggian maksimum adalah:

Oleh itu:

-Latihan 3

Objek dalam gambar itu meletup menjadi tiga serpihan: dua jisim sama dan satu jisim lebih besar 2m. Rajah menunjukkan halaju setiap serpihan selepas letupan. Berapakah halaju awal objek?

Gambar 5. Batu yang meletup dalam 3 serpihan. Sumber: buatan sendiri.

Penyelesaian

Masalah ini memerlukan penggunaan dua koordinat: x dan y, kerana dua serpihan mempunyai halaju menegak, sementara selebihnya mempunyai halaju mendatar.

Jisim keseluruhan objek adalah jumlah jisim semua serpihan:

Momentum dipelihara baik di paksi-x dan di paksi-y, dinyatakan secara berasingan:

1. 4m. u _x = mv ₃
2. 4m. u _y = m. 2v ₁ - 2m. v ₁

Perhatikan bahawa serpihan besar bergerak ke bawah dengan kelajuan v1, untuk menunjukkan fakta ini tanda negatif telah diletakkan di atasnya.

Dari persamaan kedua, segera berlaku bahawa u _y = 0, dan dari persamaan pertama kami segera menyelesaikan ux:

Rujukan

1. Giancoli, D. 2006. Fizik: Prinsip dengan Aplikasi. 6 ^th . Dewan Ed Prentice. 175-181
2. Rex, A. 2011. Asas Fizik. Pearson. 135-155.
3. Serway, R., Vulle, C. 2011. Asas Fizik. 9 ^na Pembelajaran Cengage. 172-182
4. Tipler, P. (2006) Fizik untuk Sains dan Teknologi. Edisi Ke-5 Jilid 1. Reverté Editorial. 217-238
5. Tippens, P. 2011. Fizik: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. Bukit MacGraw. 185-195