4.1: kineettinen energia
kineettinen energia törmäyksissä
saadakseen lisää tietoa kineettisen energian käsitteestä ja tavoista, joilla se eroaa liikemäärästä, on hyödyllistä tarkastella sitä samassa ympäristössä, jossa havaitsimme liikemäärän, eli yksiulotteisissa törmäyksissä eristetyssä systeemissä. Jos tarkastelemme uudelleen luvun 3 Kuvassa 3.1.1 esitettyä törmäystä, toistetaan jäljempänä,
\
huomaa, että 1/18 + 4/9 = 9/18 = 1/2, ja niin
\
sanoina toteamme, että tässä törmäyksessä koko kineettisen energian lopullinen arvo on sama kuin sen alkuarvo, joten näyttää siltä, että olemme “löytäneet” toisen säilyneen suureen (liikemäärän lisäksi) tälle systeemille.
tämä uskomus voi vahvistua, jos tarkastelemme seuraavaksi luvun 3 Kuvassa 3.1.2 kuvattua törmäystä, joka esitetään jälleen jäljempänä. Muistuttaa huomautin tuolloin, että voimme ajatella tämän olevan todella sama törmäys kuin kuvassa 3.1.1, vain katsoin toisesta viitekehyksestä (yksi liikkuu aluksi oikealle 1 m/s). Meillä on enemmän sanottavaa siitä, miten määriä voidaan muuttaa viitekehyksestä toiseen luvun loppuun mennessä.
asiat ovat kuitenkin hyvin erilaisia, kun tarkastelemme kolmatta törmäysesimerkkiä, joka esitetään luvussa 3, nimittäin sitä, jossa kaksi kappaletta ovat kiinni toisiinsa törmäyksen jälkeen.
\
tämä kuitenkin osoittaa, että toisin kuin systeemin kokonaisliikemäärä, johon sisäiset vuorovaikutukset eivät täysin vaikuta, kokonaisliikemäärä riippuu vuorovaikutuksen yksityiskohdista ja välittää siten jonkin verran tietoa sen luonteesta. Voimme sitten tarkentaa törmäystutkimustamme erottaaksemme kaksi lajia: ne, joissa alkuperäinen liike-energia otetaan talteen törmäyksen jälkeen, jota kutsumme elastiseksi, ja ne, joissa se ei ole, jota kutsumme epäelastiseksi. Erikoistapaus epäelastisesta törmäyksestä on se, jota kutsutaan täysin epäelastiseksi, jolloin kaksi objektia päätyvät yhteen, kuten kuvassa \(\PageIndex{3}\). Kuten tulemme näkemään myöhemmin, liike-energian “vaje” on suurin siinä tapauksessa.
olen sanonut edellä, että kimmoisassa törmäyksessä kineettinen energia “palautuu”, ja pidän tätä terminologiaa parempana kuin “säilyvänä”, koska itse asiassa, toisin kuin kokonaisliikemäärä, systeemin kineettinen kokonaisenergia ei pysy vakiona koko vuorovaikutuksen ajan, ei edes kimmoisan törmäyksen aikana. Yksinkertaisin esimerkki tämän osoittamiseksi olisi kuminauhamainen törmäys kahden samanmassaisen kappaleen välillä, jotka liikkuvat samalla nopeudella toisiaan kohti. Törmäyksen aikana molemmat kappaleet pysähtyvät hetkellisesti ennen kuin ne kääntävät suuntaa ja kimpoavat takaisin, ja sillä hetkellä kokonais kineettinen energia on nolla.
voit tarkastella myös yllä olevia lukuja \(\PageIndex{1}\) ja \(\PageIndex{2}\) ja laskea kaavioista yhteenlasketun liike-energian arvon törmäyksen aikana. Näet, että se laskee minimiin ja palaa sitten alkuperäiseen arvoonsa (Katso myös kuva \(\PageIndex{4}\), Myöhemmin tässä luvussa). Tavanomaisesti voimme puhua liike-energiasta” säilyvänä “kimmoisissa törmäyksissä, mutta on tärkeää ymmärtää, että kyseessä on toisenlainen” säilyminen ” kuin se, mitä meillä oli kokonaisliikemäärän kanssa, joka oli vakio ennen vuorovaikutusta, sen aikana ja sen jälkeen, niin kauan kuin systeemi pysyi eristettynä.
elastiset törmäykset viittaavat siihen, että olipa tämän “energiaksi” kutsumamme asian perimmäinen luonne mikä tahansa, se voi olla mahdollista varastoida jossakin muodossa (tässä tapauksessa törmäyksen aikana) ja sitten palauttaa se lopulta takaisin liike-energiana. Tämä tasoittaa tietä muunlaisen “energian” käyttöönotolle kineettisen energian lisäksi, kuten tulemme näkemään myöhemmässä luvussa, ja mahdollisuudelle transkonversio tapahtua näiden lajien välillä. Tällä hetkellä sanomme vain, että kimmoisessa törmäyksessä jokin määrä liike-energiaa varastoituu väliaikaisesti jonkinlaiseksi “sisäenergiaksi”, ja törmäyksen jälkeen tämä muuttuu takaisin liike-energiaksi; kun taas joustamattomassa törmäyksessä jokin määrä liike-energiaa muuttuu peruuttamattomasti joksikin “sisäenergiaksi”, emmekä koskaan saa sitä takaisin.
koska mitä tahansa lopulta tapahtuukin, riippuu vuorovaikutuksen yksityiskohdista ja luonteesta, meidät johdetaan erottamaan toisistaan “konservatiiviset” vuorovaikutukset, joissa kineettinen energia on palautuvasti varastoitunut johonkin muuhun energiamuotoon, ja “dissipatiiviset” vuorovaikutukset, joissa energiamuunnos on ainakin osittain peruuttamaton. Elastiset törmäykset liittyvät selvästi konservatiivisiin vuorovaikutuksiin ja epäelastiset törmäykset dissipatiivisiin vuorovaikutuksiin. Tätä vuorovaikutusten alustavaa luokittelua on kuitenkin tarkasteltava hieman tarkemmin seuraavassa luvussa.
