اصطدامات مرنة وغير مرنة
| English | العربية |
|---|---|
| elastic collision/ɪˈlæstɪk kəˈlɪʒn/ | اصطدام مرن |
| inelastic collision/ɪnɪˈlæstɪk kəˈlɪʒn/ | اصطدام غير مرن |
كرات "كليك-لاك" مقابل كتلة من الطين
- أفلت كرة فولاذية على لعبة نيوTon's cradle فتصدر صوت "قرقر" حاد — الطاقة ترتد عبر اللعبة مع فقدان ضئيل جداً.
- رمِ كتلة طين على جدار فترتطم وتبقى... حيث لا تذهب nowhere.
- كلاهما يخضع لحفظ العزم، لكنهما يعامِلان الطاقة الحركية بطريقة مختلفة تماماً.
- يُعدّ تصنيف التصادمات بناءً على ما يحدث لطاقة الحركة هو الفكرة الكبرى الأخيرة في الزخم.
التصادمات المرنة تحافظ على الطاقة الحركية
- في التصادم المرن، تُحفظ كل من الطاقة الحركية الكلية والزخم معاً.
- ترتد الأجسام عن بعضها دون فقدان أي طاقة إلى حرارة أو صوت.
- التصادمات المرنة تماماً هي حالة مثالية — جزيئات الغاز تقترب من بعضها.
- كلا $\sum p$ و$\sum E_k$ يبقيان ثابتين قبل وبعد التصادم.
في الاصطدام المرن، أي كمية تُحفظ بالإضافة إلى الزخم؟
الاصطدام المرن يحفظ الطاقة الحركية بالإضافة إلى الزخم.
التصادمات غير المرنة تفقد الطاقة الحركية
- في التصادم غير المرن، يُحفظ الزخم ولكن لا تُحفظ الطاقة الحركية.
- "تختفي" الطاقة الحركية وتحول إلى حرارة وصوت وتشوه.
- التصادم غير المرن تماماً هو الحالة القصوى: حيث تتصلب الأجسام معاً.
- معظم التصادمات الحقيقية في الحياة اليومية (سيارات، طين، تكتيكات رياضية) هي تصادمات غير مرنة.
شغّل اصطداماً
غيّر الكتل والسرعات، شغّل الاصطدام، وقارن الطاقة الحركية قبل وبعد.
في الاصطدام غير المرن تماماً، الأجسام ____ معاً.
الاصطدام غير المرن تماماً يعني أن الأجسام تلتصقان معاً وتتحركان كجسم واحد.
حدد جميع العبارات الصحيحة حول الاصطدامات.
المرن يحفظ KE؛ جميع الاصطدامات المعزولة تحفظ الزخم؛ غير مرن تماماً يعني الالتصاق. الاصطدامات غير المرقة لا تحفظ KE.
الزخم محفوظ دائماً — الطاقة هي المعيار
- الزخم محفوظ في كل تصادم، سواء كان مرناً أم لا (بشرط وجود نظام معزول).
- الطاقة الحركية هي الفاصل: إذا حُفظت ⇒ تصادم مرن، وإذا فُقدت ⇒ تصادم غير مرن.
- لتصنيف التصادم، قارن الطاقة الحركية الكلية قبل وبعد التصادم.
- لا تفترض أبداً أن الطاقة الحركية محفوظة إلا إذا صرّح بأن التصادم مرن.
يُحفظ الزخم في كلا الاصطدامات المرنة وغير المرنة (للمنظام المعزول).
يُحفظ الزخم دائماً في الاصطدام المعزول. الطاقة الحركية هي الكمية التي تُميز النوعين.
اصطدام يحافظ على الزخم الكلي نفسه لكن الطاقة الحركية الكلية تنخفض. إنه:
زخم محفوظ لكن KE مفقود ⇒ اصطدام غير مرن (KE المفقود تحول إلى حرارة).
لا تفترض أن الطاقة الحركية محفوظة في التصادم. الزخم محفوظ دائماً (في النظام المعزول)، بينما تُحفظ الطاقة الحركية فقط في التصادم المرن. في التصادم غير المرن، يتحول جزء من الطاقة الحركية إلى حرارة — رغم بقاء الزخم دون تغيير.
عربة $2\ \text{kg}$ بسرعة $3\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ تلتصق بعربة $1\ \text{kg}$ ساكنة؛ يتحركان معاً بسرعة $2\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$. كم مقدار الطاقة الحركية المفقودة، بالجول؟
KE قبل $= \tfrac12(2)(9) = 9\ \text{J}$؛ بعد $= \tfrac12(3)(4) = 6\ \text{J}$. مفقود $= 9 - 6 = 3\ \text{J}$.
عربات الالتصاق من الدرس السابق: $2\ \text{kg}$ بسرعة $3\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ اصطدمت بعربة $1\ \text{kg}$ ساكنة، وانتهى الأمر بهما بالتحرك معاً بسرعة $2\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- الطاقة الحركية قبل $= \tfrac12(2)(3^2) = 9\ \text{J}$.
- الطاقة الحركية بعد $= \tfrac12(3)(2^2) = 6\ \text{J}$.
$3\ \text{J}$ فُقدت كحرارة — لذا هذا تصادم غير مرن، كما هو متوقع عند الالتصاق.
الزخم محفوظ في كل التصادمات. في التصادم المرن، تُحفظ الطاقة الحركية أيضاً (ترتد الأجسام). أما في التصادم غير المرن، فتتحول بعض الطاقة الحركية إلى حرارة؛ وفي التصادم غير المرن تماماً تتصلب الأجسام معاً. قارن الطاقة الحركية الكلية للتصنيف.