Zderzenia — zasada zachowania pędu
Co zrobimy: Zderzymy dwa wózki na torze — raz sprężyście, raz tak, że się skleją — i sprawdzimy, co zostaje takie samo przed zderzeniem i po nim.
Co widzisz na ekranie: Dwa wózki (wielkość zależna od masy) ze strzałkami prędkości, przełącznik sprężyste / niesprężyste oraz suwaki mas i prędkości. Pasek pędu jest identyczny przed i po; pasek energii kinetycznej kurczy się tylko przy sklejeniu (część zamienia się w ciepło). Odczyty: pęd przed/po, energia przed/po, prędkości po zderzeniu.
Co się właśnie stało?
Ciężki wózek uderzył w lekki. Prędkości się zmieniły, ale jedna wielkość została dokładnie taka sama jak przed — pęd całkowity. To on rządzi każdym zderzeniem.
Czym jest pęd?
Pęd to „ilość ruchu" — masa razy prędkość. Ma kierunek: w prawo na plus, w lewo na minus.
Kluczowa idea: pęd całkowity się nie zmienia.
Wózki działają na siebie siłami równymi i przeciwnie skierowanymi (III zasada dynamiki). Ile pędu jeden traci, tyle drugi zyskuje. Suma zostaje ta sama:
To zasada zachowania pędu — działa zawsze, gdy z zewnątrz nic nie popycha układu.
Sprężyste czy niesprężyste — co z energią?
Pęd jest zachowany w OBU. Różnica jest w energii kinetycznej:
Sprężyste (odbicie): energia kinetyczna też się zachowuje. Niesprężyste (sklejenie): część energii kinetycznej zamienia się w ciepło i odkształcenie. Pęd ten sam, energii kinetycznej mniej.
Dlaczego lekki wózek odlatuje tak szybko:
Żeby pęd się zgadzał, lekkie ciało uderzone przez ciężkie musi rozpędzić się do większej prędkości, niż miał napastnik — bo ma mniejszą masę. Mała masa × duża prędkość = ten sam pęd.
Po co Ci to na maturze:
Ta zasada tłumaczy odrzut broni i napęd rakiety (wyrzuca gaz w tył — leci w przód). Chwyt maturalny: wypisz pęd przed i po, przyrównaj je — masz równanie.
Zapamiętaj: w zderzeniu pęd jest ZAWSZE zachowany; energia kinetyczna — tylko w zderzeniu sprężystym. To bliźniak prawa zachowania masy: nic nie znika, tylko się rozdziela.
Teoria i wzory
Zasada zachowania pędu
W układzie bez sił zewnętrznych całkowity pęd przed zderzeniem równa się pędowi po nim: Pęd jest zachowany w KAŻDYM zderzeniu — sprężystym i niesprężystym.
Zderzenie sprężyste
Zachowana jest też energia kinetyczna:
Zderzenie niesprężyste
Ciała się sklejają i jadą razem; część energii kinetycznej zamienia się w ciepło:
Oznaczenia: — masy, — prędkości przed, — prędkości po, — wspólna prędkość po sklejeniu.
Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.
Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.
Najczęstsze pytania
›Co to zasada zachowania pędu?
W układzie bez sił zewnętrznych całkowity pęd przed = po: m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v₁' + m₂v₂'.
›Czym różni się zderzenie sprężyste od niesprężystego?
W obu zachowany jest pęd; energia kinetyczna zachowana jest tylko w sprężystym — w niesprężystym część zamienia się w ciepło.
›Czy pęd jest zachowany w zderzeniu niesprężystym?
Tak, pęd jest zachowany zawsze; zmienia się jedynie energia kinetyczna.