Механіка

Пружне зіткнення

Спостерігайте, як сумарний імпульс лишається тим самим, коли кулі відскакують.

Пружне зіткнення — інтерактивне моделювання: Механіка. Спостерігайте, як сумарний імпульс лишається тим самим, коли кулі відскакують. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Збереження імпульсу

У зіткненні без зовнішніх сил сумарний імпульс зберігається. У пружному зіткненні зберігається й кінетична енергія.

Коли дві кулі зіштовхуються на поверхні без тертя, їхні окремі імпульси змінюються, але сумарний імпульс системи лишається тим самим. У майже пружному зіткненні вони розлітаються з майже незмінною кінетичною енергією — швидкі кулі на вході, швидкі кулі на виході.

• p = mv → Σp_before = Σp_after
• KE = ½mv² (зберігається в пружних зіткненнях)

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Дві однакові кулі котяться назустріч одне одній з однаковою швидкістю та пружно зіштовхуються. Як після зіткнення їхні швидкості порівняти з тими, що були до?

Прогнози для зважування

• Кожна куля відскакує прямо назад з тією самою швидкістю, з якою прилетіла
• Обидві кулі різко зупиняються в точці зіткнення
• Обидві кулі рухаються далі без змін, ніби пройшли одна крізь одну

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Маса m (кожна куля) (kg)
• Швидкість зближення v (m/s)

Що ви вимірюєте:

• Куля A, імпульс p = mv (kg·m/s)
• Куля A, кінетична енергія = ½mv² (J)
• Імпульс кулі A після — ідеальний прогноз (kg·m/s)
• Сумарний імпульс після зіткнення (A + B) (kg·m/s)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте моделювання пружного зіткнення та натисніть «Скинути».
2. Переконайтеся, що обидві кулі мають однакову масу, і задайте швидкість зближення для кожного заміру нижче (куля A рухається праворуч, куля B — ліворуч з тією ж швидкістю).
3. Натисніть «Запустити», спостерігайте датчики імпульсу на обох кулях і запишіть показ імпульсу кулі A одразу після розділення куль.

Керівне рівняння

Імпульс — p = m·v

Імпульс кожної кулі до удару, що визначається масою та швидкістю зближення, які ви задали для кожного заміру. Сумарний імпульс (куля A + куля B) зберігається крізь зіткнення.

Кінетична енергія — KE = ½·m·v²

Енергія руху кулі A до удару. У досконало пружному зіткненні вона повністю зберігається; коефіцієнт відновлення 0.98 живого моделювання лишає лише e² від неї — це мають урахувати ваші відповіді в «Поглибленні».

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Покажіть обчислення імпульсу кулі A до зіткнення (p = mv) для одного заміру та порівняйте з показом датчика імпульсу в моделюванні.
• Порівняйте імпульс кулі A до і після зіткнення. Що каже зміна знаку про її напрямок? Чи зберігається сумарний імпульс куль A + B?

Де це трапляється за межами лабораторії

• Моделювання використовує коефіцієнт відновлення 0.98, а не ідеальні 1.0. Як ви очікуєте, що імпульс відскоку відрізнятиметься від ідеалізованого прогнозу, і чому?
• Якби куля B була вдвічі важча за A, чи відскочила б куля A прямо назад? Використайте загальні формули пружного зіткнення для міркування.

• AP Physics 1 — Unit 4: Linear Momentum
• AP Physics C: Mechanics — Unit 4: Linear Momentum
• IB Physics — A.2 Forces and momentum
• General High School Physics — Momentum & collisions
• NGSS High School Physics — Conservation of momentum
• Middle School Physical Science — Newton's third law and collisions
• Middle School Physical Science — Kinetic energy

1. Вітаємо в пружних зіткненнях
2. Натисніть «Запустити»
3. Обмін імпульсом
4. Виберіть кулю
5. Відкрийте дані
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Закон збереження імпульсу