برخوردهای کشسان و پایستگی تکانه
1 · پیشبینی
دو توپ یکسان با تندی یکسان به سوی هم میآیند و کشسان برخورد میکنند. پس از برخورد، سرعتشان نسبت به قبل چگونه است؟
- هر توپ با همان تندی که آمده بود مستقیم برمیگردد
- هر دو توپ همانجا در نقطهٔ برخورد متوقف میشوند
- هر دو توپ بیتغییر ادامه میدهند، انگار از هم گذشتهاند
2 · آمادهسازی
- شبیهسازی برخورد کشسان را باز کنید و Reset را بفشارید.
- مطمئن شوید هر دو توپ جرم برابر دارند و تندی نزدیکشدن هر آزمایش زیر را تنظیم کنید (توپ A به راست، توپ B به چپ با همان تندی).
- Play را بفشارید، کاوشگرهای تکانهٔ هر دو توپ را ببینید و قرائت تکانهٔ توپ A را بلافاصله پس از جدا شدن ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| جرم m (هر توپ) (kg) | تندی نزدیکشدن v (m/s) | تکانه توپ A، p = mv (kg·m/s) | انرژی جنبشی توپ A = ½mv² (J) | تکانهٔ توپ A پس از برخورد — پیشبینی ایدهآل (kg·m/s) | تکانهٔ کل پس از برخورد (A + B) (kg·m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 6.00 | ||||
| 1.50 | 8.00 | ||||
| 2.00 | 5.00 |
تندی نزدیکشدن v (محور x) را بر حسب انرژی جنبشی توپ A پیش از برخورد (محور y) رسم کنید.
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، مراحل محاسبهٔ تکانهٔ توپ A پیش از برخورد (p = mv) را نشان دهید و آن را با قرائت کاوشگر تکانهٔ شبیهسازی مقایسه کنید.
- تکانهٔ توپ A را پیش و پس از برخورد مقایسه کنید. تغییر علامت دربارهٔ جهتش چه میگوید؟ آیا تکانهٔ کل توپ A + توپ B پایسته است؟
5 · گسترش
- شبیهسازی بازگردانی 0.98 به کار میبرد، نه 1.0 کامل. انتظار دارید تکانهٔ بازگشتی چگونه از پیشبینی ایدهآلتان فرق کند، و چرا؟
- اگر توپ B دو برابر توپ A سنگین بود، توپ A همچنان مستقیم برمیگشت؟ با فرمولهای عمومی برخورد کشسان استدلال کنید.
فیزیک پشت این آزمایش
تکانه
تکانهٔ هر توپ پیش از برخورد، از جرم و تندی نزدیکشدنی که برای هر آزمایش گذاشتهاید. تکانهٔ کل (توپ A + توپ B) در برخورد پایسته است.
انرژی جنبشی
انرژی جنبشی توپ A پیش از برخورد. در برخورد کاملاً کشسان کامل پایسته است؛ بازگردانی 0.98 شبیهسازی زنده فقط e² آن را نگه میدارد که پاسخهای گسترشتان باید حسابش کند.