Pugno assolutamente elastico. Shock assolutamente non elastico

Le leggi di conservazione della quantità di moto sono le leggi fondamentali della natura. Un esempio dell'applicazione di queste leggi è il fenomeno della collisione. Assalti assolutamente elastici e anelastici: un cambiamento nello stato dei corpi a seguito di un'interazione a breve termine durante la collisione.

Meccanismo di interazione

Il tipo più semplice di interazione tra corpi fisici è la collisione centrale di sfere che hanno una forma geometrica ideale. Il tempo di contatto di questi oggetti è in centesimi di secondo.

Secondo la definizione, si considera il colpo centrale, in cui la linea di collisione attraversa i centri delle palle. In questo caso, la traiettoria di interazione è una linea retta disegnata esattamente sull'elemento della superficie di contatto al momento del contatto. Nella meccanica si distinguono i colpi assolutamente elastici e anelastici.

Tipi di interazioni

L'impatto assolutamente non elastico si osserva nella collisione di due corpi di materiali plastici o corpi plastici ed elastici. Al termine, la velocità degli oggetti in collisione diventa la stessa.

L'impatto assolutamente elastico si osserva nell'interazione di oggetti fatti di materiali elastici (ad esempio, due sfere di acciaio duro o sfere di alcuni tipi di plastica e così via).

stadi

Il processo di collisione elastica si verifica in due fasi:

• Fase I - il momento dopo l'inizio della collisione. Le forze che agiscono sulle palle aumentano con l'aumentare della tensione. Un aumento dello sforzo è accompagnato da un cambiamento nella velocità degli oggetti. I corpi, la cui velocità era maggiore, rallentano i loro movimenti e i corpi accelerano a una velocità inferiore. Quando la deformazione diventa massima, la velocità delle palle dopo un impatto assolutamente elastico diventa l'equilibrio.
• Fase II. Dal momento che caratterizza l'inizio della seconda fase dell'impatto elastico, il valore delle deformazioni diminuisce. In questo caso, le forze di deformazione spingono le sfere. Dopo che la deformazione scompare, le sfere vengono rimosse e ripristinano completamente la loro forma originale e si muovono a velocità diverse. Così, alla fine del secondo stadio, l'impatto centrale assolutamente elastico trasforma l'intero stock di energia potenziale dei corpi elasticamente deformati in energia cinetica.

Sistemi isolati

In pratica, nessun colpo è assoluto (elastico o anelastico). Il sistema in ogni caso interagisce con la materia circostante, scambia energia e informazioni con l'ambiente. Ma per gli studi teorici ha permesso l'esistenza di sistemi isolati in cui interagiscono esclusivamente oggetti di ricerca. Ad esempio, sono possibili sia impatti di palle assolutamente inelastici che assolutamente elastici.

Le forze esterne su tale sistema non agiscono o la loro influenza viene compensata. In un sistema isolato, la legge della conservazione degli impulsi funziona fino in fondo - l'impulso totale tra i corpi in collisione viene preservato:

Σ = m _i v _i = const.

Qui "m" e "v" sono la massa di una certa particella ("i") di un sistema isolato e il suo vettore di velocità, rispettivamente.

Per risparmiare energia meccanica (un caso speciale della legge generale delle energie) è necessario che le forze che agiscono nel sistema siano conservative (potenziali).

Forze conservative

Le forze conservative sono quelle che non convertono l'energia meccanica in altri tipi di energia. Queste forze sono sempre potenziali, cioè il lavoro che tali forze eseguono lungo un anello chiuso è zero. Altrimenti, le forze sono chiamate dissipative o non-conservative.

In sistemi isolati conservativi energia meccanica tra i corpi in collisione anche salvato:

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

Qui, Wk e Wp sono le energie cinetiche (k) e potenziali (p), rispettivamente.

Per verificare la pertinenza leggi di risparmio energetico (delle formule precedenti), se i corpi assolutamente elastici vengono colpiti a condizione che una delle sfere non si muova prima della collisione (la velocità di un corpo fisso è v ₂ = 0), gli scienziati hanno ottenuto la seguente regolarità:

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.

Qui m ₁ e m ₂ è la massa delle prime palle (shock) e second (fisse). Ki e Ke sono coefficienti che mostrano quante volte la quantità di moto di due sfere (Ki) e di energia (Ke) è aumentata nel momento in cui viene effettuato un colpo assolutamente elastico. v ₁ - la velocità della palla rotolante.

Poiché l'impulso totale del sistema dovrebbe essere preservato in qualsiasi condizione di collisione, dovremmo aspettarci che il coefficiente di recupero dell'impulso sia uguale all'unità.

Calcolo della forza d'impatto

La velocità di una biglia (deviata su un filo) che vola su una palla fissa (liberamente sospesa) è determinata dalla formula per la legge di conservazione dell'energia:

m ₁ gh = (m ₁ v ₁ ² ) / 2

h = l-lcosα = 2lsin ² (α / 2).

Qui h è la deviazione del piano della sfera d'urto rispetto al piano della sfera fissa. l è la lunghezza dei filamenti (assolutamente identici) su cui le sfere sono sospese. a è l'angolo di deflessione della palla d'impatto.

Di conseguenza, un impatto assolutamente elastico nella collisione di uno shock (deviato su un filo) e una palla fissa (liberamente appesa a un filo) viene calcolata con la formula:

v ₁ = 2sin (α / 2) √gl.

Struttura di ricerca

In pratica, viene utilizzata una semplice installazione per calcolare le forze di interazione. È progettato per studiare i tipi di impatto di due palle. L'installazione è un treppiede su tre viti che ti permettono di metterlo in orizzontale. Sul treppiede è presente la cremagliera centrale, all'estremità superiore della quale sono fissate speciali sospensioni per le sfere. Un elettromagnete è attaccato all'asta, che attira e trattiene, all'inizio dell'esperimento, una delle sfere (sfera d'urto) in uno stato deviato.

La magnitudo dell'angolo di deflessione iniziale di questa sfera (coefficiente α) può essere determinata dalla scala arcuata divergente in entrambe le direzioni. La grandezza della sua curvatura corrisponde alla traiettoria di movimento delle sfere interagenti.

Processo di ricerca

Per prima cosa viene preparato un paio di palline: a seconda dei compiti, vengono prese le palle elastiche, anelastiche o due diverse. Le masse di palle sono registrate in una tabella speciale.

Quindi l'elemento dell'ammortizzatore è collegato all'elettromagnete. Su una scala determinare l'angolo di deflessione della filettatura. Quindi l'elettromagnete viene disattivato, perde le sue proprietà attrattive e la palla si precipita verso il basso in un arco, scontrandosi con una seconda palla libera, che si muove immobile, che a seguito dell'impulso (impatto) devia di un certo angolo. La grandezza della deviazione è fissata sulla seconda scala.

Impatto assolutamente elastico calcolato sulla base di dati sperimentali. Per confermare la veridicità delle leggi di conservazione di quantità di moto ed energia nel caso di collisioni elastiche ed anelastiche di due sfere, le loro velocità sono determinate prima e dopo la collisione. Si basa sul metodo balistico di misurare la velocità di movimento delle palle in base alla grandezza della loro deflessione. Questo valore è misurato su una scala fatta sotto forma di archi circolari.

Caratteristiche dei calcoli

Quando si calcola l'impatto nella meccanica classica non si tiene conto di un numero di indicatori:

• tempo di collisione;
• grado di deformazione degli oggetti interagenti;
• eterogeneità dei materiali;
• velocità di deformazione (trasferimento di quantità di moto, energia) all'interno della palla.

Lo scontro di palle da biliardo è un buon esempio di un colpo elastico.