超弾性衝突に関するいくつかの詳細な事実、それが発生する方法と場所、いくつかの例、および詳細な事実について説明しましょう。
超弾性衝突とは、衝突する粒子がその運動エネルギーを失うことなく、衝突している粒子からいくらかの運動エネルギーを獲得し、衝突後により速い速度で加速する衝突です。
超弾性衝突とは
衝突後の物体の運動量と運動エネルギーが保存されている場合、衝突は弾性であると言われます。 オブジェクトの衝突中にエネルギーの損失または増加が発生する可能性があります。
エネルギーの損失がなく、代わりにオブジェクトが追加のエネルギー量を獲得する衝突は、超弾性衝突と呼ばれます。 運動エネルギーのこの補助的な供給は、物体の位置エネルギーを運動エネルギーに変換した結果である可能性があります。
超弾性衝突はどこで発生しますか
自然界の衝突のほとんどは 非弾性衝突 ここで、衝突するオブジェクトの運動エネルギーは、他の形式のエネルギーに変換されます。
まあ、 超弾性衝突は、主に核分裂、原子炉、超新星、爆発などの爆発反応で発生し、重大な影響を及ぼします。 これは、エネルギーを失うことなく、追加の運動エネルギー量が得られた結果です。 衝突すると、その後、オブジェクトは衝突しているオブジェクトからエネルギーを受け取ります。これにより、オブジェクトの運動エネルギーが優れています。
超弾性衝突式
質量mのXNUMXつの分子を考えます1 そしてm2。 質量mの分子1 速度uで無限大から近づいています1 質量mと衝突します2 速度uで移動2。 衝突後、両方の質量は互いに離れ、速度vの平面と角度をなします。1 そしてv2.
弾性衝突では、衝突前後の粒子の運動量が保存されるため、次の関係で与えられます。
m1u1+m2u2=m1v1+m2v2
どこ m1, m2 それぞれ粒子1と2の質量です
u1, u2 衝突する前の両方の粒子の初期速度であり、
v1, v2 衝突後の粒子の最終速度です。
衝突後の衝突する分子の運動量は、衝突前の分子の運動量よりも大きくなります。
m1u1<m1v1
これは、 u1<v1
そして、衝突時の粒子の運動エネルギーは
1 / 2メートル1u12+1/2m2u22=1/2m1v12+1/2m2v22
あなた以来1<v1、衝突後の衝突分子の運動エネルギーが増加します。
1 / 2メートル1u12<1/2m1v12
これは、分子2に関連するエネルギーが減少することを意味します。これは、位置エネルギーを分子1に転送し、運動エネルギーに変換するためです。
超弾性衝突の例
いくつか話し合いましょう 超弾性衝突の例 用語をよりよく理解するために。
核分裂
核分裂は、反応物をXNUMXつ以上の生成物に分割するプロセスです。 原子核は、高エネルギーの光子が原子核と衝突すると、XNUMXつ以上の原子核に分裂します。
無限大から接近する光子は運動エネルギーを運び、原子核に衝突すると、そのエネルギーを原子核に放出します。これにより、原子核は不安定になります。 これにより、核がXNUMXつの娘核に分裂し、光子が放出されます。
原子核の質量は半分に減少し、原子核の位置エネルギーは運動エネルギーに変換されるため、衝突後のプロセスで放出される最終的な運動エネルギーは高くなります。 この技術は、核兵器や原子炉で巨大なエネルギーを生み出すために使用されます。
形状記憶合金
形状記憶合金は、特定の温度で製造された超弾性材料です。 合金は、加熱しながら特定の形状に成形され、特定の温度を維持し、急速に冷却されます。 この形は合金によって記憶されます。
オブジェクトに外部負荷がかかるとオブジェクトの形状が変化しますが、負荷が取り除かれ、オブジェクトが形成されたのと同じ温度にさらされると、オブジェクトの形状は元に戻ります。 この超弾性は可逆的なプロセスです。
ほとんどの場合、形状記憶合金として銅-アルミニウム-ニッケルおよびニッケル-チタン合金が使用されます。 ニッケルチタンは、歯科矯正用ワイヤーの製造に使用されるそのような形状記憶合金のXNUMXつです。
ウラン爆弾
ウラン235は放射性の高い原子であり、核分裂中に大量のエネルギーを放出するため、主に原子炉や爆発物に使用されます。
これは核分裂に似ています。中性子はウラン235原子と衝突すると、中性子の運動エネルギーがウラン原子に移動し、余分な中性子が利用できるために不安定になります。 この中性子は原子とともに反跳します。
非常に不安定な原子は、上の図に示すようにXNUMXつの娘核に分裂し、XNUMXつの自由な原子核を放出します。これらの原子核は、別のウラン原子と反応して核分裂します。 この反応は周囲に膨大な量のエネルギーと熱を放出するため、発熱反応です。
春
ばねは圧縮されると、位置エネルギーを蓄えます。 弦から圧力を解放すると、運動エネルギーの形で大量の位置エネルギーを放出します。
春についてもっと読む 位置エネルギー.
太陽に近づく彗星
太陽は太陽の中で最大の引力を持っています 星雲 したがって、遠くの星雲から接近する彗星のほとんどは、太陽の周りに到達します。 それらは、太陽から放出される放射によって十分な位置エネルギーを獲得し、放物線状の経路で偏向します。 たわみ後の彗星の運動エネルギーは、太陽に接近しているときの運動エネルギーよりはるかに大きいです。
弾性衝突でインパルスが保存されます
インパルスは、一定の時間間隔でオブジェクトに刺激される力として定義されます そして式によって与えられます
I=FΔ t
私が衝動であるところ
Fは力です
Δ t は時間の変化です。
力積は、物体の運動量の変化にも等しくなります。
I=ΔP
したがって、 ΔP = F Δ t
弾性衝突では、オブジェクトの運動量の変化は、衝突の前後のオブジェクトの運動量の差に等しくなります。
ΔP=m[Vf-Vi]
ここで、mは衝突するオブジェクトの質量です。
Vf オブジェクトの最終速度です
Vi オブジェクトの初速度です
したがって、
F Δ t=m[Vf-Vi]
衝突時の物体への衝撃は、衝突前後の物体の速度の差を見つけることで見つけることができます。
両方のオブジェクトの衝突にインパルスがあることは明らかですが、反対の反力により、インパルスは減少してキャンセルされます。 ほとんどの場合、オブジェクトの運動量にわずかな変化があります。
完全な弾性衝突をどのように解決しますか
完全に弾性のある衝突では、衝突後にオブジェクトの運動エネルギーが失われることはありません。 完全な弾性衝突における物体の運動量と運動エネルギーは保存されます。
質量mの粒子を考えてみましょう1 速度uで加速する1 質量mの粒子を打ちます2 速度uで移動2、粒子1の運動量はmです1 u1 粒子2のそれはmです2u2。 パーティクル1はパーティクル2に近づき、パーティクル1と衝突して正味のインパクトゼロを作成し、パーティクル2とXNUMXの両方が速度vを獲得します。1 そしてv2 それぞれ、XNUMXつの異なる方向に迂回します。
粒子の運動量は衝突の前後で保存されているので
m1u1+m2u2= m1v1+m2v2
粒子の運動エネルギーが失われることはないため、衝突前後の運動エネルギーは変化しません。
1 / 2メートル1u1+1/2m2u2=1/2m1v1+1/2m2v2
m1(u1-v1)=m2(v2-u2)
m1/m2=v2-u2/u1-v1
もっと読んでください 8つ以上の完全に弾性の衝突の例：詳細な事実とFAQ.
よくある質問
Q1。 質量5kgの物体Aは、静止している物体Bと3m / sの速度で衝突します。 両方のオブジェクトが衝突した後、0.8m / sの速度で移動します。 オブジェクトBの質量はどれくらいですか？ 衝突による物体への衝撃は何ですか？
与えられた:m1= 5kg
m2=?
u1= 3m / s
u2=0
v1=v2= 0.8m / s
以来、 勢いは保存されます 衝突で
m1u1+m2u2=m1v1+m2v2
5*3+メートル2*0=5*0.8+m2* 0.8
15+0=4+分2* 0.8
11=分2* 0.8
m2=11/0.8=13.75kg
オブジェクト2の質量は13.75kgです。
衝突前のオブジェクトの総運動量は
P初期=m1u1+m2u2=5*3+13.75*0=15
Pファイナル=m1v1+m2v2 = 5*0.8 + 13.75 * 0.8 = 4+11 = 15
衝突による物体への衝撃は
私= ΔP=Pファイナル - P初期 = 15-15 = 0
したがって、衝突で保存されるインパルスはありません。
衝突による衝動とは何ですか？
インパルスは、衝突中にパーティクルに加えられる力の持続時間です。
また、衝突前後のオブジェクトの運動量の変化として定義され、有限の期間にオブジェクトによって加えられる力に等しくなります。
完全弾性衝突と超弾性衝突では、インパルスはどのように延期されますか？
また, オブジェクトの運動量が保存されるため、インパルス 完全な弾性衝突ではゼロになります。
超弾性衝突では、衝突後、運動エネルギーが優れているため、物体の運動量が増加するため、力積は正になります。
