池的物理:同等质量的弹性碰撞

在这个项目中,你将与碰撞实验质量,看看他们如何碰撞,或者学习如何使用物理计划完美池拍摄!

问题

在什么角度后将两个质量相等球远离擦边碰撞?

材料

• 2低摩擦质量相等的重量(悬停妖精或空气曲棍球冰球”效果最好)
• 光滑,平坦的表面(如果使用一个台球桌,试着把一个泡沫板表面减少摩擦)
• 量角器
• 磁带
• 字符串

过程

1. 表面的地方一个冰球和马克与录音的起始位置。
2. 把第二个冰球第一冰球一英尺左右的距离。
3. 轻轻推动第二个冰球第一个冰球,以便它击中冰球针对掠射角,而不是直接在(这可能需要一些)。
4. 马克几点沿着路径碰撞后两个妖精了。
5. 使用标志着作为一个指南,躺着一个字符串的长度以及该采取的每个路径。
6. 用量角器测量夹角的字符串角“离开对方。
7. 重复步骤1 - 6几次并计算平均角之间的字符串。如果冰球不触及掠射角,然后直接跳过,尝试再试一次。

结果

小妖精的路径之间的角度将接近九十数直角。

为什么?

在一个弹性碰撞,动量和动能都是守恒的。动力是由mv并通过½动能mv²,在那里米是质量和v是速度。如果v_c代表了冰球运动的速度在碰撞之前,v_一个冰球运动的速度吗后碰撞,v_b冰球是静止的速度碰撞后,然后导致动能守恒:

½mv_c²=½mv_一个²+½mv_b²

因为所有的质量相等,m的取消和你最终得到的:

v_c²=v_一个^{2 +}v_b²

这个方程有相同的形式勾股定理,c²=一个²+b²在哪里一个和b是一个直角三角形的边和c是斜边。这只如果v_一个和v_b在直角。

动量守恒增加了一些深度和复杂性。动量是更复杂,因为它必须被分解成组件:运动的动力沿着原来的方向(x)和动量垂直方向(y)。在两个方向上动量是守恒的。最初,所有的势头x方向:

mv_残雪= mv_斧头+ mv_bx

取消,你最终得到的

v_残雪= v_斧头+ v_bx

在y方向,最初没有的势头。让一切都平衡,这意味着碰撞后的y方向的矢量必须完全取消:

mv_cy= 0 = mv_唉+ mv_通过

0 = v_唉+ v_通过

v_唉= - v_通过

把这个能量守恒,你发现所有碰撞后的速度分量具有相同的大小,与y组件指向不同的方向。你最终得到的最终速度指着直角远离对方。

在一个非弹性碰撞动能是不守恒的;一些能量丢失的环境。这意味着,虽然y组件的速度仍然不得不取消,x组件可以是不同的。球将不再反弹直角。

在现实中,完全弹性碰撞很少发生;一些能量总是丢失。亚原子粒子之间的碰撞(质子和电子)很近的弹性;因此在理想气体原子。空间探测器,弹弓周围行星的行为一样弹性碰撞。

要进一步

如果你使用“(或球)与不同的群众吗?例如,如果您正在使用空气曲棍球冰球”,尝试使静止的冰球是两个冰球”堆在一起。有什么变化?

如果你使用一个表面不光滑的(例如,一个地毯)?如何改变角度?它是少于或多于一个直角?你能解释一下你所看到的使用上述方程?