Абсолютно еластичен удар. Абсолютно нееластичен удар

Законите на запазване на инерцията са основните закони на природата. Пример за прилагането на тези закони е явлението сблъсък. Абсолютно еластични и нееластични удари - промяна в състоянието на телата в резултат на краткотрайно взаимодействие при сблъскване.

Механизъм на взаимодействие

Най-простият вид взаимодействие на физическите тела е централният сблъсък на топки, които имат идеална геометрична форма. Времето за контакт на тези обекти е в стотни от секундата.

Според дефиницията се взема предвид централният удар, при който линията на сблъсъка пресича центровете на топките. В този случай траекторията на взаимодействие е права линия, изтеглена точно към елемента на контактната повърхност в момента на контакта. В механиката се различават абсолютно еластични и нееластични удари.

Видове взаимодействия

Абсолютно нееластично въздействие се наблюдава при сблъсък на две тела от пластмасови материали или пластмасови и еластични тела. След като завърши, скоростта на сблъскващите се обекти става същата.

Наблюдава се абсолютно еластично въздействие при взаимодействието на обекти, изработени от еластични материали (например, две топки от твърда стомана или топки от някои видове пластмаси и т.н.).

етапи

Процесът на еластичен сблъсък се осъществява в два етапа:

• Етап I - моментът след началото на сблъсъка. Силите, действащи върху топките, се увеличават с увеличаване на напрежението. Увеличаването на щама е придружено от промяна в скоростта на обектите. Телата, чиято скорост беше по-голяма, забавят движението си и телата ускоряват с по-ниска скорост. Когато деформацията стане максимална, скоростта на топките след абсолютно еластично въздействие става равновесие.
• Етап II. От момента, в който се характеризира началото на втория етап на еластичното въздействие, стойността на деформациите намалява. В този случай, деформационните сили тласкат топките. След като деформацията изчезне, топките се отстраняват и напълно възстановяват първоначалната си форма и се движат с различни скорости. Така в края на втория етап централното абсолютно еластично въздействие превръща целия запас от потенциална енергия на еластично деформираните тела в кинетична енергия.

Изолирани системи

На практика нито един удар не е абсолютен (еластичен или нееластичен). Системата във всеки случай взаимодейства с обкръжаващата материя, обменя енергия и информация с околната среда. Но за теоретични проучвания се допуска съществуването на изолирани системи, в които да взаимодействат изключително обекти на изследване. Например, възможно е както абсолютно нееластични, така и абсолютно еластични топки.

Външните сили на такава система не действат или тяхното влияние се компенсира. В изолирана система законът за запазване на импулсите работи докрай - запазва се пълният импулс между сблъскващите се тела:

∑ = m _i v _i = const.

Тук "m" и "v" са масата на определена частица ("i") на изолирана система и съответно на нейния вектор на скоростта.

За да се запази механичната енергия (специален случай на общия закон на енергиите), е необходимо силите, които действат в системата, да бъдат консервативни (потенциални).

Консервативни сили

Консервативните сили са тези, които не превръщат механичната енергия в други видове енергия. Тези сили са винаги потенциални - т.е. работата, която такива сили изпълняват по затворен контур, е нула. В противен случай силите се наричат ​​дисипативни или неконсервативни.

В консервативни изолирани системи механична енергия между сблъскващите се тела също се запазват:

W = Wk + Wp = ∑ (mv 2/2) + Wp = const.

Тук Wk и Wp са кинетичните (k) и потенциалните (p) енергии, съответно.

За да проверите приложимостта закони за енергоспестяване (от горните формули), ако се ударят абсолютно еластични тела при условие, че една от топките не се движи преди сблъсъка (скоростта на неподвижно тяло е v ₂ = 0), учените са извлекли следната закономерност:

m ₁ v ₁ Ki = m ₁ U ₁ + m ₂ U ₂

(m ₁ v ₁ ² ) / 2 × Ke = (m ₁ U ₁ ² ) / 2 + (m ₂ U ₂ ² ) / 2.

Тук m ₁ и m ₂ е масата на първата (ударна) и втора (неподвижна) топки. Ki и Ke са коефициенти, които показват колко пъти инерцията на две топки (Ki) и енергията (Ke) се увеличава в момента, когато е направен абсолютно еластичен удар. v ₁ - скоростта на търкалящата топка.

Тъй като общият импулс на системата трябва да се запази при всякакви условия на сблъсък, трябва да очакваме, че коефициентът на възстановяване на импулса ще бъде равен на единица.

Изчисляване на силата на удара

Скоростта на удара (отклонена на нишка), която лети върху фиксирана (свободно подвижна нишка) топка, се определя от формулата за закон за запазване на енергията:

m ₁ gh = (m ₁ v ₁ ² ) / 2

h = l-lcosa = 2lsin ² (α / 2).

Тук h е отклонението на равнината на ударната топка спрямо равнината на неподвижната топка. l е дължината на нишките (абсолютно идентични), върху които са окачени топките. α е ъгълът на отклонение на ударната топка.

Съответно, абсолютно еластично въздействие при сблъсък на удар (отклоняващ се на нишка) и фиксирана (свободно висяща върху нишка) топка се изчислява по формулата:

v ₁ = 2sin (a / 2) lgl.

Изследователски център

На практика се използва проста инсталация за изчисляване на силите на взаимодействие. Тя е предназначена за изучаване на видовете удари на две топки. Инсталацията е статив на три винта, който ви позволява да го поставите хоризонтално. На статив е централната стойка, към горния край на която са прикрепени специални окачвания за топки. Електромагнит е прикрепен към пръта, който привлича и държи в началото на експеримента една от топките (ударна топка) в отклонено състояние.

Величината на първоначалния ъгъл на отклонение на тази топка (коефициент α) може да се определи от дъгообразната скала, отклоняваща се в двете посоки. Величината на нейната кривина съответства на траекторията на движение на взаимодействащите топки.

Изследователски процес

Първо се подготвя двойка топки: в зависимост от задачите се взимат еластични, нееластични или две различни топки. Масите на топките се записват в специална таблица.

След това ударният елемент е свързан с електромагнита. По скала се определя ъгълът на отклонение на резбата. След това електромагнитът се изключва, той губи своите привличащи свойства и топката се втурва надолу в дъга, сблъсквайки се с втора, свободна неподвижно висяща топка, която в резултат на импулса (удара) се отклонява с определен ъгъл. Размерът на отклонението е фиксиран на втората скала.

Абсолютно еластично въздействие, изчислено на базата на експериментални данни. За да се потвърди истинността на законите за запазване на инерцията и енергията при еластични и нееластични сблъсъци на две топки, скоростите им се определят преди и след сблъсъка. Тя се основава на балистичния метод за измерване на скоростта на движение на топките според величината на тяхната деформация. Тази стойност се измерва по скала, направена под формата на кръгови дъги.

Характеристики на изчисленията

При изчисляване на въздействието в класическата механика не се вземат предвид редица показатели:

• време на сблъсък;
• степен на деформация на взаимодействащи се обекти;
• хетерогенност на материалите;
• скорост на деформация (трансфер на инерция, енергия) вътре в топката.

Сблъсъкът на билярдни топки е добър пример за еластичен удар.