Çarpışmalar: Momentum ve Enerji
Dış kuvvetlerin ihmal edilebildiği bir çarpışmada sistemin toplam momentumu korunur: $m_1\vec v_1 + m_2\vec v_2 = m_1\vec v_1^{\,\prime} + m_2\vec v_2^{\,\prime}$. Kinetik enerji ise ancak esnek çarpışmada korunur.
Çarpışmanın türünü sekme katsayısı $e$ belirler: çarpışma doğrultusundaki ayrılma hızının yaklaşma hızına oranı. $e = 1$ esnek, $0 < e < 1$ esnek olmayan, $e = 0$ tamamen esnek olmayan (cisimler yapışır) çarpışmadır.
$$e = \frac{v_2' - v_1'}{v_1 - v_2},\qquad \Delta K = -\tfrac12\,\mu\,(1 - e^2)\,(v_1 - v_2)^2,\quad \mu = \frac{m_1m_2}{m_1+m_2}$$Kütle merkezi çerçevesi
Kütle merkezinin hızı $v_{KM} = \dfrac{m_1v_1 + m_2v_2}{m_1+m_2}$ çarpışma boyunca değişmez. KM çerçevesinde toplam momentum sıfırdır: cisimler birbirine yaklaşır, çarpışır ve hızları $e$ katsayısıyla küçülerek tersine döner.
Parametreler
Oklar momentum vektörleridir (p = mv). Hız işaretleri: sağa doğru pozitif.
Hesaplama
Bunu dene
1. Bir boyutta $m_1 = m_2 = 1$ kg, $v_1 = 2$ m/s, $v_2 = 0$, $e = 1$ seçin. Çarpışmadan sonra ne olur? Sonra $m_2 = 3$ kg yapıp tekrarlayın.
Açıklama
2. $m_1 = 2$ kg, $m_2 = 1$ kg, $v_1 = 3$ m/s, $v_2 = -1$ m/s, $e = 0$ seçin. Ortak son hız nedir? Kinetik enerjinin yüzde kaçı kaybolur? KM çerçevesini açıp çarpışmayı yeniden izleyin.
Açıklama
3. İki boyutta eşit kütleler, $v_2 = 0$, $e = 1$ seçin ve farklı çarpma parametreleri $b$ deneyin. Çarpışmadan sonra iki diskin hareket doğrultuları arasındaki açı nedir?