Почему быстро движущееся тело при столкновении с препятствием разрушается кратко
Обновлено: 05.07.2024
Рассмотрим столкновение двух тел. На практике встречается очень много видов столкновений Мы здесь рассмотрим только два вида: абсолютно упругие и абсолютно неупругие столкновения.
Абсолютно неупругое столкновение.
Под абсолютно неупругим столкновением обычно понимают случай, при котором сталкивающиеся тела слипаются и после столкновения начинают двигаться как единое целое. Абсолютно неупругое столкновение может встречаться реально. Например, столкновение пластилиновых тел часто является абсолютно неупругим. Рассмотрим случай когда сталкивающиеся тела движутся вдоль одной прямой. Причем, если они до столкновения двигались вдоль одной прямой, то после столкновения они будут двигаться вместе вдоль той же прямой. Это вытекает из закона сохранения импульса, согласно которому суммарный импульс системы тел должен сохраняться как по модулю, так и по направлению.
Пусть имеется два тела массами m1 и m2, движущиеся со скоростями v1 и v2, направленными вдоль одной прямой. Направим ось Х вдоль этой же прямой. Запишем закон сохранения импульса в проекции на ось Х:
Отсюда сразу находим проекцию скорости тел после столкновения на ось Х:
Кинетическая энергия системы до столкновения равна:
Легко заметить, что начальная и конечная энергии не равны. То есть закон сохранения механической энергии при неупругих столкновениях не выполняется. Причем начальная энергия системы больше конечной энергии на величину:
Куда девалась часть механической энергии. Дело в том, что при неупругих столкновениях происходит необратимая деформация тел и тела при этом нагреваются. То есть, при неупругих столкновениях часть механической энергии переходит во внутреннюю и выделяется количество теплоты Q = ΔW.
Абсолютно упругое столкновение.
Под абсолютно упругим понимают такое столкновение, при котором механическая энергия системы сохраняется. При этом после столкновения тела разлетаются. Мы рассмотрим абсолютно упругое центральное столкновение двух шаров. Центральным называется столкновение, при котором скорости шаров направлены вдоль прямой, соединяющей их центры. При этом после столкновения шары разлетятся, но их скорости будут направлены вдоль той же прямой. Направим ось Х вдоль этой прямой. Обозначим массы шаров m1 и m2, их скорости до столкновения v1 и v2, а после столкновения u1 и u2. Запишем закон сохранения импульса в проекции на ось Х:
В этом уравнении две неизвестные, то есть одного этого уравнения не хватает. Так как при абсолютно упругих столкновениях механическая энергия сохраняется, то можно написать еще и закон сохранения энергии:
Теперь имеем систему двух уравнений с двумя неизвестными. Перепишем уравнения в следующем виде:
Разделив второе уравнение на первое, получаем:
Умножив обе части последнего уравнения на m2 и сложив с первым из предыдущих двух, получаем скорость первого шара после столкновения:
Подставив ее в предыдущее уравнение, можно выразить скорость второго шара:
Рассмотрим два частных случая абсолютно упругого столкновения.
1. Пусть массы шаров одинаковы и второй шар до столкновения был неподвижен (v2x = 0).
Из (*) сразу получаем, что u1x = 0, а из (**):
То есть, если движущийся шар налетает на такой же неподвижный шар, то после абсолютно упругого центрального столкновения налетающий шар останавливается, а второй начинает двигаться с той же скоростью.
2. Пусть два одинаковых шара движутся навстречу друг другу со скоростями v1 и v2.
Из (*) и (**) получаем:
В этом случае шары после столкновения обмениваются скоростями.
Рассмотрим столкновение двух тел. На практике встречается очень много видов столкновений Мы здесь рассмотрим только два вида: абсолютно упругие и абсолютно неупругие столкновения.
Абсолютно неупругое столкновение.
Под абсолютно неупругим столкновением обычно понимают случай, при котором сталкивающиеся тела слипаются и после столкновения начинают двигаться как единое целое. Абсолютно неупругое столкновение может встречаться реально. Например, столкновение пластилиновых тел часто является абсолютно неупругим. Рассмотрим случай когда сталкивающиеся тела движутся вдоль одной прямой. Причем, если они до столкновения двигались вдоль одной прямой, то после столкновения они будут двигаться вместе вдоль той же прямой. Это вытекает из закона сохранения импульса, согласно которому суммарный импульс системы тел должен сохраняться как по модулю, так и по направлению.
Пусть имеется два тела массами m1 и m2, движущиеся со скоростями v1 и v2, направленными вдоль одной прямой. Направим ось Х вдоль этой же прямой. Запишем закон сохранения импульса в проекции на ось Х:
Отсюда сразу находим проекцию скорости тел после столкновения на ось Х:
Кинетическая энергия системы до столкновения равна:
Легко заметить, что начальная и конечная энергии не равны. То есть закон сохранения механической энергии при неупругих столкновениях не выполняется. Причем начальная энергия системы больше конечной энергии на величину:
Куда девалась часть механической энергии. Дело в том, что при неупругих столкновениях происходит необратимая деформация тел и тела при этом нагреваются. То есть, при неупругих столкновениях часть механической энергии переходит во внутреннюю и выделяется количество теплоты Q = ΔW.
Абсолютно упругое столкновение.
Под абсолютно упругим понимают такое столкновение, при котором механическая энергия системы сохраняется. При этом после столкновения тела разлетаются. Мы рассмотрим абсолютно упругое центральное столкновение двух шаров. Центральным называется столкновение, при котором скорости шаров направлены вдоль прямой, соединяющей их центры. При этом после столкновения шары разлетятся, но их скорости будут направлены вдоль той же прямой. Направим ось Х вдоль этой прямой. Обозначим массы шаров m1 и m2, их скорости до столкновения v1 и v2, а после столкновения u1 и u2. Запишем закон сохранения импульса в проекции на ось Х:
В этом уравнении две неизвестные, то есть одного этого уравнения не хватает. Так как при абсолютно упругих столкновениях механическая энергия сохраняется, то можно написать еще и закон сохранения энергии:
Теперь имеем систему двух уравнений с двумя неизвестными. Перепишем уравнения в следующем виде:
Разделив второе уравнение на первое, получаем:
Умножив обе части последнего уравнения на m2 и сложив с первым из предыдущих двух, получаем скорость первого шара после столкновения:
Подставив ее в предыдущее уравнение, можно выразить скорость второго шара:
Рассмотрим два частных случая абсолютно упругого столкновения.
1. Пусть массы шаров одинаковы и второй шар до столкновения был неподвижен (v2x = 0).
Из (*) сразу получаем, что u1x = 0, а из (**):
То есть, если движущийся шар налетает на такой же неподвижный шар, то после абсолютно упругого центрального столкновения налетающий шар останавливается, а второй начинает двигаться с той же скоростью.
2. Пусть два одинаковых шара движутся навстречу друг другу со скоростями v1 и v2.
Работа по физике для вступительного экзамена в физико-математический класс 7 Часть 1 Вариант 1. А.1. Что из перечисленного относится к физическим явлениям? 1) молекула 2)плавление 3) километр 4) .
.Свойства обратной денатурации: а) разрушается первичная структура белка б) не разрушается первичная структура белка в) разрушается третичная структура белка г) не разрушается третичная структура .
Работа по физике для вступительного экзамена в физико-математический класс 7 Часть 1 Вариант 1. А.1. Что из перечисленного относится к физическим явлениям? 1) молекула 2)плавление 3) километр 4) .
Тест 1 1.Материальная точка, это: А/Тело, принятое за точку отсчёта. Б /Тело, относительно которого задаётся положение другого тела. В/ Тело, размерами которого можно пренебречь. Г/Тело, массой .
Все тела способны деформироваться только до известного предела. Когда этот предел достигнут, тело разрушается. Например, нить рвется, когда ее удлинение превышает известное значение; пружина ломается, когда она слишком сильно изогнута, и т. д.
Рис. 87. Если медленно натягивать нижнюю нить, то оборвется верхняя нить
Рис. 88. Резко дернув за нижнюю нить, можно разорвать ее, оставив верхнюю нить целой
Чтобы объяснить, почему произошло разрушение тела, нужно рассмотреть движение, предшествовавшее разрушению. Рассмотрим, например, причины разрыва нити в таком опыте (рис. 87 и 88). Тяжелый груз подвешен на нити; снизу к грузу прикреплена нить той же прочности. Если медленно тянуть нижнюю нить, то оборвется верхняя нить, на которой висит груз. Если же резко дернуть за нижнюю нить, то оборвется именно нижняя, а не верхняя нить. Объяснение этого опыта таково. Когда груз висит, то верхняя нить уже растянута до известной длины и ее сила натяжения уравновешивает силу притяжения груза к Земле. Медленно натягивая нижнюю нить, мы вызываем перемещение груза вниз. Обе нити при этом растягиваются, однако верхняя нить оказывается растянутой сильнее, так как она уже была растянута. Поэтому она рвется раньше. Если же резко дернуть нижнюю нить, то вследствие большой массы груза он даже при значительной силе, действующей со стороны нити, получит лишь незначительное ускорение, и поэтому за короткое время рывка груз не успеет приобрести заметную скорость и сколько-нибудь заметно переместиться. Практически груз останется на месте. Поэтому верхняя нить больше не удлинится и останется цела; нижняя же нить удлинится выше допустимого предела и оборвется.
Так же разрушаются хрупкие тела, например стеклянные предметы, при падении на твердый пол. При этом происходит резкое уменьшение скорости той части тела, которая коснулась пола, и в теле возникает деформация. Если вызванная этой деформацией сила упругости недостаточна для того, чтобы сразу уменьшить скорость остальной части тела до нуля, то деформация продолжает увеличиваться. А так как хрупкие тела выдерживают без разрушения только небольшие деформации, то предмет разбивается.
63.1. Почему в момент, когда электровоз резко трогается с места, иногда происходит разрыв сцепок вагонов поезда? В какой части поезда скорее всего может произойти разрыв?
На этом уроке мы продолжаем изучать законы сохранения и рассмотрим различные возможные удары тел. Из своего опыта вы знаете, что накачанный баскетбольный мяч хорошо отскакивает от пола, тогда как сдутый – практически не отскакивает. Из этого вы могли сделать вывод, что удары различных тел могут быть разными. Для того чтобы охарактеризовать удары, вводятся абстрактные понятия абсолютно упругого и абсолютно неупругого ударов. На этом уроке мы займемся изучением различных ударов.
Читайте также: