Absolutno elastičen udarec. Absolutno neelastični šok

Zakoni ohranjanja gibanja so temeljni zakoni narave. Primer uporabe teh zakonov je pojav trkov. Absolutno elastični in neelastični udarci - sprememba stanja teles zaradi kratkotrajne interakcije med trkom.

Mehanizem interakcije

Najenostavnejši način interakcije fizičnih teles je osrednji trk kroglic, ki imajo idealno geometrijsko obliko. Čas stika teh objektov je v stotinkah sekunde.

V skladu z definicijo se upošteva osrednja napaka, pri kateri se linija trka prečka središča kroglic. V tem primeru je trajektorija interakcije ravna črta, ki se v trenutku stika natančno prilega elementu kontaktne površine. V mehaniki se razlikujejo absolutno elastični in neelastični udarci.

Vrste interakcij

Absolutno neelastični vpliv opazimo pri trku dveh teles iz plastičnih materialov ali plastičnih in elastičnih teles. Ko je zaključena, hitrost predmetov, ki trčijo, postane enaka.

Absolutno elastični učinek opazimo pri medsebojnem delovanju predmetov iz elastičnih materialov (npr. Dve krogli iz trdega jekla ali kroglice nekaterih vrste plastike itd.).

Stopnje

Proces elastičnega trka poteka v dveh fazah:

• Faza I - trenutek po začetku trka. Sile, ki delujejo na kroglice, se povečujejo s povečevanjem napetosti. Povečanje seva spremlja sprememba hitrosti predmetov. Tela, katerih hitrost je bila večja, upočasnjujejo gibanje in telesa pospešujejo z nižjo hitrostjo. Ko postane deformacija največja, postane hitrost kroglic po absolutno elastičnem učinku ravnovesje.
• Faza II. Od trenutka, ki označuje začetek druge faze elastičnega vpliva, se vrednost deformacij zmanjšuje. V tem primeru deformacijske sile potiskajo kroglice. Ko deformacija izgine, se kroglice odstranijo in popolnoma obnovijo prvotno obliko in se premikajo z različnimi hitrostmi. Tako je na koncu druge faze osrednji absolutno elastičen vpliv transformiral celotno zalogo potencialne energije elastično deformiranih teles v kinetično energijo.

Izolirani sistemi

V praksi noben udarec ni absoluten (elastičen ali neelastičen). Sistem v vsakem primeru sodeluje z okolico, izmenjuje energijo in informacije z okoljem. Toda za teoretične študije je dovoljen obstoj izoliranih sistemov, v katerih so izključno interakcije predmetov raziskav. Na primer, tako absolutno neelastične kot absolutno elastične krogle so možne.

Zunanje sile na tak sistem ne delujejo ali se njihov vpliv kompenzira. V izoliranem sistemu zakon o ohranjanju impulzov deluje v celoti - ohranja se skupni impulz med telesi, ki trči: t

∑ = m _i v _i = const.

Tu je »m« in »v« masa določenega delca (»i«) izoliranega sistema in njegovega vektorja hitrosti.

Da bi prihranili mehansko energijo (poseben primer splošnega zakona energij), obstaja potreba, da so sile, ki delujejo v sistemu, konzervativne (potencialne).

Konzervativne sile

Konzervativne sile so tiste, ki mehanske energije ne pretvarjajo v druge vrste energije. Te sile so vedno potencialne - to je delo, ki ga te sile izvajajo vzdolž zaprte zanke, nič. V nasprotnem primeru se sile imenujejo disipativne ali nekonservativne.

V konzervativnih izoliranih sistemih mehanska energija med shranjenimi telesi trčenja tudi:

W = Wk + Wp = ∑ (mv 2/2) + Wp = konst.

Tu sta Wk in Wp kinetična (k) in potencialna (p) energija.

Za preverjanje ustreznosti zakoni o varčevanju z energijo (od zgornjih formul), če se udarijo absolutno elastična telesa pod pogojem, da se ena od kroglic pred trkom ne premakne (hitrost fiksnega telesa je v ₂ = 0), so znanstveniki izvedli naslednjo pravilnost:

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.

Tukaj m ₁ in m ₂ je masa prve (udarne) in druge (fiksne) kroglice. Ki in Ke sta koeficienta, ki prikazujeta, kolikokrat se je gibalna količina dveh kroglic (Ki) in energije (Ke) povečala v trenutku, ko nastane popolnoma elastičen udarec. v ₁ - hitrost valjanja krogle.

Ker bi bilo treba celotni impulz sistema ohraniti v vseh pogojih trkov, lahko pričakujemo, da bo koeficient izkoristka impulza enak enoti.

Izračun sile udarca

Hitrost udarca (upognjena na nit), ki pluje na fiksni (prosto viseči nit) krogli, je določena s formulo za zakon ohranjanja energije:

m ₁ gh = (m ₁ v ₁ ² ) / 2

h = l-lcosa = 2lsin ² (α / 2).

Tu je h odstopanje ravnine udarne krogle glede na ravnino fiksne krogle. l je dolžina filamentov (popolnoma enaka), na kateri so kroglice suspendirane. α je kot upogiba udarne krogle.

Skladno s tem se absolutno elastičen učinek pri trku udarca (upognjen na nit) in fiksno (prosto visi na nit) kroglo izračuna po formuli:

v ₁ = 2sin (α / 2) lgl.

Raziskovalni objekt

V praksi se za izračun interakcijskih sil uporablja preprosta namestitev. Namenjen je preučevanju vrst udarcev dveh kroglic. Namestitev je stojalo na treh vijakih, ki vam omogočajo, da ga postavite vodoravno. Na stojalu je osrednji regal, na zgornji konec katerega je pritrjen poseben vzmet za kroglice. Elektromagnet je pritrjen na palico, ki privlači in drži na začetku poskusa eno od krogel (udarno žogo) v odklonjenem stanju.

Velikost začetnega kota upogibanja te krogle (koeficient α) se lahko določi iz razpršene skale v obeh smereh. Velikost njegove ukrivljenosti ustreza poti gibanja medsebojno povezanih kroglic.

Raziskovalni proces

Najprej se pripravi par kroglic: odvisno od nalog se vzame elastična, neelastična ali dve različni krogli. Mase žogic so zabeležene v posebni tabeli.

Nato je udarni element priključen na elektromagnet. Na merilu določite kot upogibanja navoja. Nato se elektromagnet izklopi, izgubi privlačne lastnosti in žogica se v loku pomakne navzdol, trči z drugo, prosto gibljivo kroglo, ki zaradi impulza (udarca) odstopa za določen kot. Velikost odstopanja je določena na drugi lestvici.

Absolutno elastični učinek, izračunan na podlagi eksperimentalnih podatkov. Da bi potrdili verodostojnost zakonov ohranjanja gibalne količine in energije v primeru elastičnih in neelastičnih trkov dveh kroglic, se njihove hitrosti določijo pred in po trku. Temelji na balistični metodi merjenja hitrosti gibanja kroglic glede na velikost njihove deformacije. Ta vrednost se meri na skalah v obliki krožnih lokov.

Značilnosti izračunov

Pri izračunu učinka v klasični mehaniki ne upoštevamo več kazalnikov:

• čas trčenja;
• stopnja deformacije medsebojno povezanih objektov;
• heterogenost materialov;
• hitrost deformacije (prenos momenta, energija) znotraj krogle.

Spopad biljardnih kroglic je dober primer elastičnega udara.