Elastische botsingen & impulsbehoud
1 · Voorspel
Twee identieke ballen rollen met dezelfde snelheid op elkaar af en botsen elastisch. Hoe verhouden hun snelheden zich na de botsing tot ervoor?
- Elke bal stuitert recht terug met dezelfde snelheid waarmee hij kwam aanrollen
- Beide ballen komen abrupt stil op het punt van de botsing
- Beide ballen gaan onveranderd door, alsof ze door elkaar heen bewogen
2 · Opstelling
- Open de simulatie Elastische botsing en druk op Herstel.
- Controleer dat beide ballen dezelfde massa hebben en stel voor elke meting hieronder de naderingssnelheid in (bal A beweegt naar rechts, bal B met dezelfde snelheid naar links).
- Druk op Start, bekijk de impulssondes op beide ballen en noteer de impulsaflezing van bal A direct nadat de ballen uit elkaar gaan.
3 · Verzamel gegevens
| Massa m (per bal) (kg) | Naderingssnelheid v (m/s) | Impuls van bal A p = mv (kg·m/s) | KE van bal A = ½mv² (J) | Impuls van bal A na botsing — ideale voorspelling (kg·m/s) | Totale impuls na botsing (A + B) (kg·m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 6.00 | ||||
| 1.50 | 8.00 | ||||
| 2.00 | 5.00 |
Zet de naderingssnelheid v (x-as) uit tegen de kinetische energie van bal A vóór de botsing (y-as).
4 · Analyseer
- Laat zien hoe je voor één meting de impuls van bal A vóór de botsing (p = mv) berekent en vergelijk met de aflezing van de impulssonde in de simulatie.
- Vergelijk de impuls van bal A vóór en na de botsing. Wat vertelt het tekenwissel je over zijn richting? Is de totale impuls van bal A + bal B behouden?
5 · Verdiep
- De simulatie gebruikt een restitutie van 0,98, niet een perfecte 1,0. Hoe verwacht je dat de stuiterimpuls afwijkt van je geïdealiseerde voorspelling, en waarom?
- Als bal B twee keer zo zwaar was als bal A, zou bal A dan nog steeds recht terugstuiteren? Redeneer het uit met de algemene formules voor elastische botsingen.
De natuurkunde achter dit experiment
Impuls
De impuls van elke bal vóór de botsing, bepaald door de massa en naderingssnelheid die je per meting instelt. De totale impuls (bal A + bal B) blijft behouden door de botsing heen.
Kinetische energie
De bewegingsenergie van bal A vóór de botsing. Bij een volledig elastische botsing blijft die volledig behouden; de restitutie van 0,98 in de live simulatie houdt er alleen e² van over, waar je antwoorden bij Verdiep rekening mee moeten houden.
Mechanica
- Projectielbeweging en kinetische energie
- Bal op een helling: energie op een wrijvingsloos schuin vlak
- Blok op een wrijvingshelling: de drempel van statische wrijving opzoeken
- Eindsnelheid: vallen door luchtweerstand
- Krachtenlab: de tweede wet van Newton
- Tegenwerkende krachten: de tweede wet van Newton & impuls
- Stuiterende bal: energieverlies bij de bots
- Onelastische botsing & impulsbehoud
- Newtons wieg: overdracht van impuls en energie
- Eenvoudige slinger
- Massa aan een veer: harmonische trilling
- Gelijkmatige cirkelbeweging & middelpuntzoekende kracht