การชนแบบไม่ยืดหยุ่นและการอนุรักษ์โมเมนตัม
1 · ทำนาย
ลูกบอลที่กำลังเคลื่อนที่ชนเข้ากับลูกที่หนักกว่าและอยู่นิ่งแล้วทั้งคู่เคลื่อนที่ไปด้วยกัน แม้พลังงานจลน์สูญเสียไป โมเมนตัมยังอนุรักษ์ไว้หรือไม่
- ทั้งโมเมนตัมและพลังงานจลน์ถูกอนุรักษ์
- โมเมนตัมถูกอนุรักษ์ แต่พลังงานจลน์ไม่
- ทั้งโมเมนตัมและพลังงานจลน์ไม่ถูกอนุรักษ์
2 · จัดเตรียม
- เปิดการจำลองการชนแบบไม่ยืดหยุ่นแล้วกดรีเซ็ต
- เปิดโพรบวัดพลังงานจลน์บนลูก A และลูก B
- ตั้งอัตราเร็วเริ่มต้นของลูก A ในแต่ละรอบข้างล่าง กดเล่น แล้วบันทึกอัตราเร็วร่วมที่ลูกทั้งสองเคลื่อนที่ทันทีหลังชน
3 · เก็บข้อมูล
| มวลลูก A m₁ (kg) | มวลลูก B m₂ (kg) | อัตราเร็วเริ่มต้นของลูก A v₁ (m/s) | โมเมนตัมต้น p = m₁v₁ (kg·m/s) | อัตราเร็วรวมหลังชน (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 4.00 | 6.00 | ||
| 1.00 | 4.00 | 10.00 | ||
| 1.00 | 4.00 | 14.00 |
พล็อตอัตราเร็วสุดท้ายรวม (แกน y) กับโมเมนตัมเริ่มต้น p (แกน x)
4 · วิเคราะห์
- จงแสดงวิธีคำนวณโมเมนตัมต้น p = m₁v₁ จากการทดลองหนึ่งรอบ แล้วเปรียบเทียบกับค่าที่การจำลองแสดงในรอบเดียวกัน
- ใช้มวลรวม (m₁ + m₂) และการอนุรักษ์โมเมนตัม ทำนายอัตราเร็วสุดท้ายแล้วเทียบกับค่าที่บันทึกไว้ ใกล้เคียงกันเพียงใด
5 · ต่อยอด
- คำนวณพลังงานจลน์ก่อนชนทันทีและหลังชนทันที (ใช้อัตราเร็วสุดท้ายรวมและมวลรวม) พลังงานจลน์ที่หายไปไปอยู่ที่ใด
- การชนนี้ไม่เป็นแบบไม่ยืดหยุ่นสมบูรณ์ (สัมประสิทธิ์การกระดอน ≈ 0.05 ไม่ใช่ศูนย์พอดี) คุณคาดว่าอัตราเร็วสุดท้ายจริงจะสูงกว่าหรือต่ำกว่าค่าทำนายอุดมคติเล็กน้อย อธิบายเหตุผล
ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้
โมเมนตัม
ปริมาณที่อนุรักษ์ไว้ในทุกการชน รวมทั้งการชนนี้ ลูก B เริ่มจากหยุดนิ่ง โมเมนตัมรวมของระบบก่อนชนจึงเป็นเพียงโมเมนตัมของลูก A คือ m₁v₁
พลังงานจลน์
ต่างจากโมเมนตัม พลังงานจลน์ไม่ถูกอนุรักษ์ในการชนแบบไม่ยืดหยุ่น — การเทียบพลังงานจลน์รวมก่อนและหลังชนแสดงว่าพลังงานสูญไปให้การเสียรูปและความร้อนมากเพียงใด