التصادمات المرنية وانحفاظ الزخم
1 · توقّع
كرتان متطابقتان تتدحرجان نحو بعضهما بالسرعة نفسها وتتصادمان تصادمًا مرنًا. بعد التصادم، كيف تقارن سرعتاهما بما كانتا قبل؟
- ترتد كل كرة إلى الخلف مباشرة بالسرعة نفسها التي دخلت بها
- تتوقف الكرتان تمامًا عند نقطة التصادم
- تواصل الكرتان دون تغيير وكأن كل واحدة عبرت خلال الأخرى
2 · التجهيز
- افتح محاكاة التصادم المرن واضغط إعادة.
- تأكد من تساوي كتلة الكرتين واضبط سرعة الاقتراب لكل تجربة أدناه (الكرة A تتحرك يمينًا والكرة B يسارًا بالسرعة نفسها).
- اضغط تشغيل، وراقب مسبري الزخم على الكرتين، وسجّل قراءة زخم الكرة A بعد افتراق الكرتين مباشرة.
3 · اجمع البيانات
| الكتلة m (لكل كرة) (kg) | سرعة الاقتراب v (m/s) | زخم الكرة A p = mv (kg·m/s) | الطاقة الحركية للكرة A = ½mv² (J) | زخم الكرة A بعد — التنبؤ المثالي (kg·m/s) | إجمالي الزخم بعد التصادم (A + B) (kg·m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 6.00 | ||||
| 1.50 | 8.00 | ||||
| 2.00 | 5.00 |
ارسم سرعة الاقتراب v (المحور x) مقابل الطاقة الحركية للكرة A قبل التصادم (المحور y).
4 · حلّل
- أظهر عملك في حساب زخم الكرة A قبل التصادم (p = mv) لمحاولة واحدة وقارنه بقراءة مسبار الزخم في المحاكاة.
- قارن زخم الكرة A قبل التصادم وبعده. بماذا تخبرك إشارة التغير عن اتجاهها؟ هل إجمالي زخم A + B محفوظ؟
5 · وسّع
- تستخدم المحاكاة معامل ارتداد 0.98 لا 1.0 الكامل. كيف تتوقع أن يختلف زخم الارتداد عن تنبؤك المثالي، ولماذا؟
- لو كانت الكرة B أثقل مرتين من A، هل سترتد A إلى الخلف مباشرة بعد؟ استخدم صيغ التصادم المرن العامة للاستدلال.
الفيزياء خلف هذه التجربة
الزخم
زخم كل كرة قبل الاصطدام، من الكتلة وسرعة الاقتراب التي ضبطتها لكل تجربة. إجمالي الزخم (A + B) محفوظ عبر التصادم.
الطاقة الحركية
طاقة حركة الكرة A قبل الاصطدام. في التصادم المرن تمامًا تُحفظ كاملة؛ ومعامل 0.98 في المحاكاة الحية يبقي e² منها فحسب، وما ينبغي لإجابات التوسع أن تراعي ذلك.