4.1:운동 에너지
충돌의 운동 에너지
운동 에너지의 개념과 운동량과 다른 방식에 대한 추가 통찰력을 얻으려면 운동량을”발견”한 동일한 설정,즉 고립 된 시스템에서 1 차원 충돌을 보는 것이 유용합니다. 3 장의 그림 3.1.1 에 표시된 충돌을 다시 보면 아래에 재현됩니다,
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1/18+4/9=9/18=1/2
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즉,이 충돌에서 총 운동 에너지의 최종 값은 초기 값과 동일하므로이 시스템에 대한 또 다른 보존 된 양(운동량 외에)을”발견”한 것처럼 보입니다.
3 장의 그림 3.1.2 에 묘사 된 충돌을 아래에서 다시 재현 한 경우 이러한 믿음이 강화 될 수 있습니다. 나는 우리가 그림 3.1 에 묘사 된대로 정말 같은 충돌 인 것으로 생각할 수 있다는 것을 다시 지적 리콜.1 만 참조의 다른 프레임에서 보았다(하나는 1 미터/초에서 오른쪽으로 처음에 이동). 우리는 장이 끝날 때까지 수량을 참조 프레임에서 다른 프레임으로 변환하는 방법에 대해 더 많이 말할 것입니다.
그러나 3 장에 표시된 세 번째 충돌 예,즉 충돌 후 두 개체가 서로 붙어있는 경우를 고려할 때 상황이 매우 다릅니다.
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그러나 이것이 보여주는 것은 내부 상호 작용에 의해 완전히 영향을받지 않는 시스템의 총 운동량과는 달리 총 운동 에너지는 상호 작용의 세부 사항에 달려있어 그 특성에 대한 정보를 전달한다는 것입니다. 우리는 충돌에 대한 연구를 구체화하여 두 가지 종류를 구별 할 수 있습니다:충돌 후 초기 운동 에너지가 회복되는 곳,우리는 탄성이라고 부를 것이고,그렇지 않은 곳,우리는 비탄성이라고 부를 것입니다. 비탄성 충돌의 특별한 경우는 완전히 비탄성이라고 불리는 것으로,그림\(\페이지 색인{3}\)에서와 같이 두 개체가 서로 붙어 있습니다. 우리가 나중에 볼 수 있듯이,운동 에너지”적자”는 그 경우에 가장 크다.
나는 탄성 충돌에서 운동 에너지가”회복된다”고 위에서 말했고,사실 총 운동량과는 달리 시스템의 총 운동 에너지는 탄성 충돌 중에도 상호 작용 전반에 걸쳐 일정하게 유지되지 않기 때문에이 용어를”보존”하는 것을 선호합니다. 이것을 보여주는 가장 간단한 예는 동일한 질량의 두 물체 사이의 탄성,정면 충돌,서로를 향해 같은 속도로 움직이는 것입니다. 충돌하는 과정에서,두 물체는 역방향으로 돌아 가기 전에 잠시 멈추게됩니다.그리고 그 순간에 총 운동 에너지는 0 입니다.
위의 그림\(\페이지 색인{1}\)및\(\페이지 색인{2}\)을 검사하고 충돌 중 총 운동 에너지의 값을 그래프에서 계산할 수도 있습니다. 당신은 그것이 최소한으로 딥 것을 볼 수 있습니다,다음 초기 값으로 다시 온다(참조 그림\(\페이지 색인{4}\),이 장의 뒷부분에). 전통적으로,우리는 탄성 충돌에서 운동 에너지를”보존”하는 것으로 이야기 할 수 있지만,시스템이 고립 된 상태에있는 한 상호 작용 전,도중 및 후에 일정했던 총 운동량으로 우리가 가진 것과는 다른 종류의”보존”을보고 있다는 것을 깨닫는 것이 중요합니다.
탄성 충돌은 우리가”에너지”라고 부르는 것의 궁극적 인 성격이 무엇이든간에,그것을 어떤 형태(이 경우 충돌 과정에서)로 저장 한 다음 운동 에너지로 회복 할 수 있음을 암시합니다. 이것은 우리가 나중에 장에서 볼 수 있듯이 운동 에너지 외에 다른 종류의”에너지”를 도입 할 수있는 길을 열어 주며,이러한 종류들 사이에서 상호 전환의 가능성을 열어줍니다. 잠시 동안,우리는 단순히 탄성 충돌에서 어떤 양의 운동 에너지가 일시적으로 어떤 종류의”내부 에너지”로 저장되고 충돌 후에 이것은 운동 에너지로 다시 변환되는 반면,비탄성 충돌에서는 어떤 양의 운동 에너지가 돌이킬 수 없게 일부”내부 에너지”로 변환되고 우리는 결코 그것을 되돌릴 수 없다고 말할 것입니다.
궁극적으로 일어나는 일은 상호 작용의 세부 사항과 본질에 달려 있기 때문에,우리는 운동 에너지가 어딘가에 다른 형태의 에너지로 가역적으로 저장되는”보수적 인”상호 작용과 에너지 전환이 적어도 부분적으로 돌이킬 수없는”소산적인”상호 작용을 구별하게 될 것입니다. 분명히 탄성 충돌은 보수적 인 상호 작용과 관련이 있으며 비탄성 충돌은 소산 적 상호 작용과 관련이 있습니다. 이 상호 작용의 예비 분류는 다음 장에서 조금 더 신중하게 검토해야 할 것입니다.
