Ohranitev gibalne količine
Gibalna količina meri, kako težko je ustaviti nekaj, kar se premika — odvisna je od mase in hitrosti. Ko se telesa v zaprtem sistemu zaletijo ali se odrinejo druga od druge, se gibalna količina lahko prenese z enega telesa na drugega, a skupna količina se nikoli ne spremeni. Zato lahko hitra, težka žoga pošlje lahko, mirujočo žogo v let, medtem ko sama komajda upočasni.
Formula
p = m · v
- p — gibalna količina (kg·m/s): koliko gibanja nosi predmet
- m — masa (kg): koliko snovi ima predmet
- v — hitrost (m/s): kako hitro se predmet premika in v katero smer
Rešen primer
Voziček 3 kg, ki se premika s 4 metri na sekundo, se zaleti v mirujoč voziček 1 kg in se prilepita. Kako hitro se gibljeta po trku?
- m₁ = 3 kg
- v₁ = 4 m/s
- m₂ = 1 kg
- m₁ · v₁ + m₂ · v₂ = (m₁ + m₂) · v
- 3 kg · 4 m/s + 1 kg · 0 m/s = (3 kg + 1 kg) · v
v = 3 m/s
Preizkusi se
Isti voziček 3 kg s hitrostjo 4 metrov na sekundo se sedaj zaleti v težji mirujoč voziček 3 kg in se prilepita. Katera je njuna hitrost po trku?
- 3 m/s
- 6 m/s
- Pravilen odgovor: 2 m/s
Prav! Gibalna količina pred je 3 kg × 4 m/s = 12 kilogramskih metrov na sekundo, porazdeljena po skupni masi 6 kg, kar da 2 metra na sekundo.
Dva identična vozička 2 kg se kotalita drug proti drugemu, vsak s 3 metri na sekundo, se čelno zaletita in prilepita. Katera je njuna gibalna količina takoj po trku?
- Pravilen odgovor: Nič
- 12 kilogramskih metrov na sekundo
- 6 kilogramskih metrov na sekundo
Točno! Njuni gibalni količini sta enaki in nasprotni, 6 kilogramskih metrov na sekundo v vsako smer, torej se izničita: 6 minus 6 je nič — vozička se mrzlo ustavita.
Kje to vidiš
Parkiran avto je sunjen naprej, ko ga zadane od zadaj, in kroglice Newtonovega nihala prenašajo gibanje z enega konca na drugega skoraj popolno — obe sta gibalna količina, ki se izroča z enega telesa na drugega. Raketa celo deluje tako, da meče izpušni plin nazaj, da skupna gibalna količina rakete-plus-plina ostane nespremenjena.
Pogoste napake
Učenci pogosto pričakujejo, da težje telo „zmaga« trk z obdržanjem več svoje hitrosti — kar se dejansko ohranja, je skupna gibalna količina (masa krat hitrost) celega sistema, ne hitrost katerega koli telesa samega, in težko počasno telo lahko izroči veliko gibalne količine lahkemu hitremu. Prav tako je lahko pozabiti, da gibalna količina ima smer: dve enaki in nasprotni gibalni količini se izničita v nič, ne seštejeta.
Kako se povezuje
Ohranitev gibalne količine je Newtonova druga in tretja zakona — enake in nasprotne sile med trkom — uporabljena skozi čas na par teles namesto na eno. Ohranitev energije, ki sledi, je drugo, vzporedno računovodsko orodje za iste trke; skupaj ti dve omogočata rešiti skoraj vsak trk, ne da bi poznali sile, ki pri tem delujejo.