Пружні зіткнення та збереження імпульсу
1 · Прогноз
Дві однакові кулі котяться назустріч одне одній з однаковою швидкістю та пружно зіштовхуються. Як після зіткнення їхні швидкості порівняти з тими, що були до?
- 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
2 · Установка
- Відкрийте моделювання пружного зіткнення та натисніть «Скинути».
- 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).
- Натисніть «Запустити», спостерігайте датчики імпульсу на обох кулях і запишіть показ імпульсу кулі A одразу після розділення куль.
3 · Збір даних
| Маса m (кожна куля) (kg) | Швидкість зближення v (m/s) | 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) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 6.00 | ||||
| 1.50 | 8.00 | ||||
| 2.00 | 5.00 |
Побудуйте графік швидкості зближення v (вісь x) проти кінетичної енергії кулі A до зіткнення (вісь y).
4 · Аналіз
- 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?
5 · Поглиблення
- 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.
Фізика цього експерименту
Імпульс
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
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».