4.1: Kinetická Energie

Kinetické Energie při Srážkách

získat nějaké další vhled do pojmu kinetické energie, a způsoby, v nichž je odlišný od hybnost, je užitečné podívat se na to ve stejném prostředí, ve kterém jsme “objevili” hybnost, konkrétně jeden-dimenzionální kolize v izolovaném systému. Pokud se podíváme znovu na kolize je znázorněno na Obrázku 3.1.1 Kapitola 3, vyobrazené níže,

\

Všimněte si, že 1/18 + 4/9 = 9/18 = 1/2, a tak

\

V slova, zjistíme, že v této kolize, konečná hodnota celkové kinetické energie je stejný jako jeho počáteční hodnota, a tak to vypadá, že máme “objevil” další zachovaných množství (kromě hybnosti) pro tento systém.

Toto přesvědčení může být posílena, pokud se podíváme na další kolize zobrazen na Obrázku 3.1.2 Kapitola 3, znovu reprodukovány níže. Připomeňme, že jsem tehdy poukázal na to, že to můžeme považovat za skutečně stejnou kolizi, jak je znázorněno na obrázku 3.1.1, pouze se podíval z jiného referenčního rámce(jeden pohybující se zpočátku doprava na 1 m / s). Na konci kapitoly budeme mít více co říci o tom, jak transformovat veličiny z referenčního rámce na jiný.

Věci jsou však velmi odlišné, když vezmeme v úvahu třetí kolize příkladu v Kapitole 3, konkrétně ten, kde se dva objekty jsou slepené po srážce.

\

Co to ukazuje, nicméně, je, že na rozdíl od celkové hybnosti systému, který je zcela ovlivněna vnitřní interakce, celková kinetická energie závisí na detailech interakce, a tedy zprostředkuje některé informace o jeho povaze. Pak můžeme vylepšit naše studie kolize rozlišit dva druhy: ty, kde počáteční kinetická energie je vrácena po srážce, kterou nazýváme elastické, a ty, kde to není,, které nazýváme neelastická. Zvláštním případem nepružné kolize je ten, který se nazývá zcela nepružný, kde oba objekty skončí slepené, jako na obrázku \(\PageIndex{3}\). Jak uvidíme později, “deficit” kinetické energie je v tomto případě největší.

řekl jsem výše, že při pružné srážce kinetická energie je “zpět” a raději tuto terminologii na “konzervované”, protože ve skutečnosti, na rozdíl od celková hybnost, celková kinetická energie soustavy zůstává konstantní v průběhu interakce, a to ani při pružné srážce. Nejjednodušším příkladem ukázat, to by být elastický, čelní srážce mezi dvěma objekty o stejné hmotnosti, pohybující se stejnou rychlostí směrem k sobě. V průběhu srážky se oba objekty na okamžik zastaví, než se obrátí směrem a odrazí se zpět, a v tomto okamžiku je celková kinetická energie nulová.

můžete také zkoumat Čísla \(\PageIndex{1}\) a \(\PageIndex{2}\) výše, a vypočítat, z grafů, hodnota celkové kinetické energie během nárazu. Uvidíte, že klesne na minimum, a pak se vrátí na své původní hodnoty (viz také Obrázek \(\PageIndex{4}\), později v této kapitole). Konvenčně, můžeme mluvit o kinetickou energii jako “konzervované” v elastické kolize, ale je důležité si uvědomit, že se díváme na jiný druh “ochrany”, než to, co jsme měli s celkovou hybnost, která byla konstantní před, během a po interakci, tak dlouho, jak systém zůstal izolován.

Elastické kolize naznačují, že bez ohledu na konečný přírody to, co nazýváme “energie” může být, to může být možné uložit v nějaké formě (v tomto případě, v průběhu kolize), a pak obnovit to, jako kinetická energie, nakonec. To dláždí cestu pro zavedení jiných druhů “energií” kromě kinetické energie, jak uvidíme v pozdější kapitole, a možnost interconversion mezi těmito druhy. Pro tuto chvíli, jsme se jednoduše říci, že v elastické kolize nějaké množství kinetické energie je dočasně uložen jako jakési “vnitřní energie” a po srážce je převeden zpět na kinetickou energii; vzhledem k tomu, že v nepružné srážce, nějaké množství kinetické energie je nenávratně přeměněn na některé “vnitřní energie” a my jsme se nikdy dostat zpátky.

Od té doby, co se nakonec stane, závisí na podrobnosti a povaze interakce, budeme led rozlišovat mezi “konzervativní” interakce, kde kinetická energie je reverzibilně uloženy jako některé jiné formy energie někde, a “disipativních” interakce, kde přeměna energie je, alespoň v části, nevratné. Je zřejmé, že elastické kolize jsou spojeny s konzervativními interakcemi a nepružné kolize jsou spojeny s disipativními interakcemi. Tato předběžná klasifikace interakcí bude muset být přezkoumána trochu pečlivěji, nicméně v další kapitole.