Zachovává se kinetická energie při elastické kolizi: Proč, kdy a podrobná fakta a často kladené otázky

Když každý ze systémů zůstane po srážce stejný jako předtím, nazývá se to elastická srážka.

Samotná definice pružné kolize říká, že Kinetická energie a spád těla jsou po srážce zakonzervovány. To znamená, že kinetická energie a hybnost budou identické před a po srážce.

Tento článek se pokusí odpovědět na otázku 'Je kinetická energie zachována při elastické kolizi?' pochopením, proč a kdy je uchováván.

Abychom poznali rozdíl mezi kinetická energie a potenciál energie, podívejme se na jejich definice.

Kinetická energie – je to energie, kterou má tělo, když je v pohybu.

Potenciální energie – je to energie, kterou má tělo, když je v klidu. Je také známý jako uložená energie.

Proč je při elastické kolizi zachována kinetická energie?

V elastická kolize, nedochází k žádnému znetvoření kolidujících objektů.

Pokud se dva objekty srazí a jsou trvale deformovány, nazývá se to nepružná kolize. Pokud se však objekty vrátí do svého původního tvaru a velikosti, deformace se nazývá elastická kolize.

Při elastické srážce dochází k deformaci jen na zlomek sekund, zatímco předměty se srážejí, jakmile srážka skončí, předměty se změní do přirozeného tvaru a velikosti.

Žádná kolize není 100% elastická. Nějakým způsobem se ztrácí trochu energie. Tato ztráta je však výjimečně malá, že ji lze zanedbat. Ideální elastické srážky existují pouze v teoriích.

Předpokládejme například dvě koule o hmotnosti M₁ a M₂ cestovat k sobě rychlostí U₁ a U₂, resp. Narážejí a odrážejí se jiným směrem rychlostí V₁ a V₂, resp. Při této reakci nebyla pozorována žádná ztráta energie.

Pokud jeden reaktant ztratí svou hybnost nebo kinetickou energii, druhý objekt získá stejné množství hybnosti nebo kinetické energie. Tedy celkové množství kinetické energie a hybnost systému zůstane tak, jak je, a proto se říká, že kinetická energie a hybnost jsou zachovány.

Nejen je zachována kinetická energie v elastické srážce, ale hybnost je při této reakci také zachována.

Proto rovnice pro zachování hybnosti je dána takto:

M₁U₁ + M₂U₂ = M.₁V₁ + M₂V₂

Existují různé důvody, proč se míč odrazí zpět. Jedním z hlavních důvodů může být materiál míče. Gumový míček se odrazí více než kovový míč. Takže účinek kolize závisí na materiálu kolidující látky.

Když dojde ke srážce, kinetická energie se přeměňuje na potenciální energie, ale to je na velmi krátký okamžik a okamžitě se změní zpět na kinetickou energii. Pokud se tedy zeptáme: „Zachovává se kinetická energie při elastické srážce?“, odpověď by byla ano, s výše uvedeným vysvětlením.

Přečtěte si více o 15+ využití kinetické energie.

Je při dokonale elastické kolizi zachována kinetická energie?

Dokonale elastická kolize existuje pouze v teoriích a obecně není v našem každodenním životě pozorován.

Když mluvíme o „dokonalé“ elastické srážce, je třeba si uvědomit, že neexistuje, protože se do okolí ztrácí minimální množství energie. Tato energie je však tak malá a nemá tedy žádný významný vliv na srážku, a proto se na ni nebere zřetel.

Když dojde ke srážce, tělo zažije změnu v pohybu. Pokud jsou objekty stejné velikosti a tvaru, řekněme, že se dva objekty srážejí a oba mají stejnou hmotnost a oba se pohybují stejnou rychlostí. Pak existuje šance, že tato srážka bude dokonale elastickou srážkou, pokud na ni nepůsobí žádná vnější síla.

Když se předměty srazí, kinetická energie začne pomalu klesat a současně se postupně zvyšuje potenciální energie. Při dokonale elastické srážce se tato potenciální energie po skončení srážky zcela přemění na kinetickou energii.

Když dojde ke kolizi, objekty jsou stlačeny a někdy deformovány. Při dokonale elastických srážkách však předměty získají svůj původní tvar a velikost, jakmile srážka skončí, aniž by produkovaly žádný zvuk ani teplo. Dá se také říci, že reformace je 100% in dokonale elastické kolize.

Abychom uzavřeli odpověď na otázku „Zachovává se kinetická energie při elastické srážce?“, můžeme říci, že kinetická energie se zachovává při dokonale elastické srážce stejným způsobem, jako se zachovává při jednoduché elastické srážce.

Je kinetická energie vždy zachována při elastické kolizi?

Hybnost a kinetická energie jsou zachovány po celou dobu výskytu pružné srážky.

Pokud se při elastické srážce nezachová hybnost a kinetická energie, stane se jednoduše nepružnou srážkou.

Proto odpověď na otázku 'Je kinetická energie zachována při elastické srážce?' spočívá v tom, že zachování kinetické energie a pružné kolize jdou ruku v ruce. Pokud je zachována kinetická energie, pak se skutečně jedná o elastickou srážku, a pokud dojde k elastické srážce, kinetická energie je rozhodně zachována.

Přečtěte si více o Je Net Force vektor.

Je kinetická energie zachována pouze při elastické kolizi?

Kromě kinetické energie je při pružné srážce zachována také hybnost.

Hybnost je při srážce vždy zachována, dokud není aplikována vnější síla. Výsledkem je, že kinetická energie, stejně jako hybnost, jsou při výskytu elastické srážky konzistentně zachovány.

Následující příklad může vysvětlit důkaz zachování hybnosti.

Uvažujme 4 kg kouli hozenou rychlostí 50 km/h směrem k 50 kg dívce stojící na místě (v klidu).

Hybnost koule před srážkou je = mv = 4 x 50 = 200 kg. km/hod.

Hybnost dívky před srážkou je = mv = 50 x 0 = 0 kg. km/hod.

Proto celková hybnost systému před srážkou = 200 + 0 = 200 kg. km/hod.

Nyní není rychlost míče a dívky po srážce známa.

Tedy hybnost koule po srážce = mv = 4 kg xv = 4v

A hybnost dívky po srážce = mv = 50 kg xv = 50 v

Takže celková hybnost systému po srážce = 50 x 4 = 200 kg km/hod

Může tedy dojít k vnitřním změnám ve velikostech, ale celková hybnost systému před a po srážce je stejná.

Proto vrcholí, že hybnost systému je zachována.

Spolu s pružnými kolizemi je zachována hybnost systému nepružné srážky také. Dochází pouze ke změně zachování kinetické energie. Pokud je kinetická energie zachována, jde o pružnou srážku, a pokud dojde ke změně kinetické energie, pak jde o nepružná kolize.

Jak najít kinetickou energii po elastické kolizi?

Lze najít kinetickou energii uchovanou při elastické srážce podle vzorce popsaného níže.

Víme, že rovnice pro zachování hybnosti se uvádí jako:

M₁U₁ + M₂U₂ = M.₁V₁ + M₂V₂               – ekv. A

A rovnice pro kinetickou energii je: =(1/2)mv²

Rovnice pro zachování kinetické energie tedy může být dána jako:

(1/2) M₁U₁² + (1/2) M₂U₂² = (1/2) M₁V₁² + (1/2) M₂V₂²     – ekv. B

To dává rovnici, která se skládá ze dvou neznámých veličin. Nyní, abychom našli tyto veličiny, musíme rovnici zjednodušit.

Jakmile přeuspořádáme množství v rov. B, můžeme zrušit 1/2 a následně dostaneme

M₁U₁² + M₂U₂² = M.₁V₁² + M₂V₂²

M₁U₁² - M₁V₁² = M.₂V₂² - M₂U₂²

M₁ (U₁² - V₁²) = M₂ (V₂² - NEBO₂²) – ekv. C

Pomocí faktoringu binomická věta rov. C lze napsat jako:

M₁ (U₁- V₁) (U₁+ V₁) = M₂ (V₂- NEBO₂) (V₂+u₂) – ekv. D

Znovu, (U₁+ V₁) a (V.₂+u₂) se navzájem ruší, protože se jedná o stejné veličiny, ale na různých stranách rovnice. Tedy ekv. D se nyní píše jako:

M₁ (U₁- V₁) = M₂ (V₂- NEBO₂) – ekv. E

Pomocí ekv. E, nyní je snadné najít neznámé veličiny jednoduchým přeskupením rovnice.

Za nalezení U₁

Za nalezení V₁

Za nalezení U₂

Za nalezení V₂

Tímto způsobem lze zjistit počáteční a konečnou rychlost tělesa, pomocí které lze dále zjistit kinetickou energii systému.

Jakmile jsou všechny veličiny rozpoznány, je možné tyto veličiny přirovnat k identifikaci, zda je kinetická energie při elastické srážce zachována nebo ne. Předpokládejme, že se veličiny na levé straně rovnají veličinám na pravé straně, pak lze potvrdit, že kinetická energie je zachována a jedná se o elastickou srážku.

Pokud se součet veličin na levé straně nerovná součtu veličin na pravé straně, pak se kinetická energie nezachová a srážka je neelastická.

Další rovnice, kterou lze použít k nalezení rychlostí, je:

Všemi těmito procesy jsme tedy schopni odpovědět na otázku 'Je kinetická energie zachována při elastické kolizi?'

Také čtení:

• Jak vypočítat energii fotonu
• Jak vypočítat magnetickou energii v MRI pro lepší zobrazování
• Jak určit energii v supravodiči
• Jak vypočítat energii v simulacích virtuální reality
• Elastická potenciální energie na kinetickou energii
• Je to energie statické elektřiny
• Jak navrhnout fitness zařízení na bázi kinetické energie pro efektivní výrobu energie
• Jak změřit potenciální energii skokana na lyžích v počátečním bodě skoku
• Jak najít energii v observatoři kosmického záření
• Jak využít chemickou energii v palivových článcích