Perfect inelastische botsing

Gregory Shamus/Getty Images

Een perfect inelastische botsing - ook bekend als een volledig inelastische botsing - is er een waarbij de maximale hoeveelheid kinetische energie verloren is gegaan tijdens een aanrijding, waardoor dit het meest extreme geval is van een inelastische botsing . Hoewel kinetische energie niet behouden blijft bij deze botsingen, momentum is behouden, en je kunt de impulsvergelijkingen gebruiken om het gedrag van de componenten in dit systeem te begrijpen.

In de meeste gevallen kun je een perfect inelastische botsing zien doordat de objecten in de botsing aan elkaar 'kleven', vergelijkbaar met een tackle in American football. Het resultaat van dit soort botsingen is dat er na de botsing minder objecten zijn om mee om te gaan dan ervoor, zoals wordt aangetoond in de volgende vergelijking voor een perfect inelastische botsing tussen twee objecten. (Hoewel in het voetbal hopelijk de twee objecten na een paar seconden uit elkaar vallen.)

De vergelijking voor een perfect inelastische botsing:

m ₁ in _1i+ m_twee in _2i= ( m ₁+ m _twee) in _f

Kinetisch energieverlies bewijzen

Je kunt bewijzen dat wanneer twee objecten aan elkaar plakken, er een verlies van kinetische energie zal zijn. Neem aan dat de eerste massa- , m ₁, beweegt met snelheid in _i en de tweede massa, m _twee, beweegt met een snelheid van nul.

Dit lijkt misschien een heel gekunsteld voorbeeld, maar onthoud dat je je coördinatensysteem zo kunt instellen dat het beweegt, met de oorsprong vast op m _twee, zodat de beweging wordt gemeten ten opzichte van die positie. Elke situatie van twee objecten die met een constante snelheid bewegen, kan op deze manier worden beschreven. Als ze zouden versnellen, zou het natuurlijk veel ingewikkelder worden, maar dit vereenvoudigde voorbeeld is een goed startpunt.

m ₁ in _i= ( m ₁+ m _twee) in _f
[ m ₁/ ( m ₁+ m _twee)] * in _i= in _f

U kunt deze vergelijkingen vervolgens gebruiken om naar de kinetische energie aan het begin en het einde van de situatie te kijken.

K _i= 0,5 m ₁ IN _i^twee
K _f= 0,5( m ₁+ m _twee) IN _f^twee

Vervang de eerdere vergelijking voor IN _f, te krijgen:

K _f= 0,5( m ₁+ m _twee)*[ m ₁/ ( m ₁+ m _twee)]^twee* IN _i^twee
K _f= 0,5 [ m ₁^twee/ ( m ₁+ m _twee)]* IN _i^twee

Stel de kinetische energie in als een verhouding, en de 0,5 en IN _i^tweeannuleren, evenals een van de m ₁waarden, waardoor u overblijft met:

K _f/ K _i= m ₁/ ( m ₁+ m _twee)

Met wat wiskundige basisanalyse kun je naar de uitdrukking kijken m ₁/ ( m ₁+ m _twee) en zie dat voor alle objecten met massa de noemer groter is dan de teller. Alle objecten die op deze manier botsen, verminderen de totale kinetische energie (en de totale snelheid ) met deze verhouding. Je hebt nu bewezen dat een botsing van twee willekeurige objecten resulteert in een verlies van totale kinetische energie.

Ballistische slinger

Een ander veelvoorkomend voorbeeld van een perfect inelastische botsing staat bekend als de 'ballistische slinger', waarbij je een object zoals een houten blok aan een touw ophangt om een ​​doelwit te zijn. Als je vervolgens een kogel (of pijl of ander projectiel) in het doel schiet, zodat het zichzelf in het object nestelt, is het resultaat dat het object omhoog zwaait en de beweging van een slinger uitvoert.

Als in dit geval wordt aangenomen dat het doel het tweede object in de vergelijking is, dan: in _{twee i} = 0 staat voor het feit dat het doel aanvankelijk stilstaat.

m ₁ in _1i+ m_tweein _2i= ( m ₁+ m _twee) in _f
m ₁ in _1i+ m_twee (0) = ( m ₁+ m _twee) in _f
m ₁ in _1i= ( m ₁+ m _twee) in _f

Omdat je weet dat de slinger een maximale hoogte bereikt wanneer al zijn kinetische energie in potentiële energie verandert, kun je die hoogte gebruiken om die kinetische energie te bepalen, de kinetische energie gebruiken om te bepalen in_f , en gebruik dat dan om te bepalen in _{1 i} - of de snelheid van het projectiel vlak voor de inslag.