Çarpışma - Collision

İçinde fizik, bir çarpışma iki veya daha fazla vücudun uyguladığı herhangi bir olaydır kuvvetler nispeten kısa sürede birbirlerine. Kelimenin en yaygın kullanımı olmasına rağmen çarpışma iki veya daha fazla nesnenin büyük bir güçle çarpıştığı olayları ifade eder, terimin bilimsel kullanımı kuvvetin büyüklüğü hakkında hiçbir şey ifade etmez.

Bilim adamlarının çarpışma olarak değerlendirebileceği bazı fiziksel etkileşim örnekleri şunlardır:

• Bir böcek bitkinin yaprağına konduğunda, bacaklarının yaprağa çarptığı söylenir.
• Bir kedi çimenlik bir alanda ilerlediğinde, pençelerinin yerle yaptığı her temas bir çarpışma olarak kabul edilir ve aynı zamanda kürkünün her fırçasının bir çim bıçağına karşı olduğu kabul edilir.
• Bir boksör yumruk attığında, yumruğunun rakibin vücuduna çarptığı söylenir.
• Ne zaman astronomik nesne ile birleşir Kara delik çarpıştıkları kabul edilir.

Çarpışma kelimesinin bazı günlük kullanımları şunlardır:

• Bir trafik kazası en az bir otomobil içerir.
• Bir Orta hava çarpışması uçaklar arasında meydana gelir.
• Bir gemi çarpışması en az iki hareket eden deniz aracının birbirine çarpmasını kesin olarak içerir; ilgili terim, allision, hareket eden bir geminin sabit bir nesneye (her zaman olmamakla birlikte çoğu zaman başka bir gemiye) çarptığını açıklar.

Fizikte, çarpışmalar toplamdaki değişime göre sınıflandırılabilir. kinetik enerji çarpışmadan önce ve sonra sistemin

• Toplam kinetik enerjinin çoğu veya tamamı kaybedilirse (dağılmış ısı, ses vb. olarak veya nesnelerin kendileri tarafından soğurulduğunda), çarpışmanın esnek olmayan; bu tür çarpışmalar tamamen durma noktasına gelen nesneleri içerir. Böyle bir çarpışmaya örnek olarak, arabalar çarparken zıplamak yerine içeriye doğru çöktüğü için bir araba kazası verilebilir. Bu tasarım gereğidir, için yolcuların güvenliği ve çevredeki kişiler bir çarpışma meydana gelirse - bunun yerine arabanın çerçevesi çarpışmanın enerjisini emer.
• Kinetik enerjinin çoğu korunursa (yani nesneler daha sonra hareket etmeye devam ederse), çarpışmanın elastik. Bunun bir örneği, bir beysbol topuna vuran bir beyzbol sopasıdır - sopanın kinetik enerjisi topa aktarılır ve topun hızı büyük ölçüde artar. Topa vuran sopanın sesi enerji kaybını temsil eder.
• Ve toplam kinetik enerjinin tamamı korunursa (yani ses, ısı vb. Olarak enerji açığa çıkmazsa), çarpışmanın mükemmel elastik. Böyle bir sistem bir idealleştirme ve gerçekte gerçekleşemez, çünkü termodinamiğin ikinci yasası.

Fizik

Sapma bir nesne düz bir yüzeye çarptığında gerçekleşir. Çarpışmadan sonraki kinetik enerji çarpışmadan öncekiyle aynıysa, bu elastik bir çarpışmadır. Kinetik enerji kaybedilirse, esnek olmayan bir çarpışmadır. Şema, gösterilen çarpışmanın elastik mi yoksa esnek mi olduğunu göstermez, çünkü hiçbir hız sağlanmamıştır. Söylenebilecek en fazla şey, çarpışmanın tamamen esnek olmadığı, çünkü bu durumda top duvara yapışmış olacaktı.

Çarpışma, iki cisim veya aynı anda ikiden fazla cisim arasındaki kısa süreli etkileşimdir ve bu sırada aralarında hareket eden iç kuvvetler nedeniyle ilgili cisimlerin hareketinde değişikliğe neden olur. Çarpışmalar kuvvetleri içerir (bir değişiklik vardır. hız ). Çarpışmadan hemen önceki hız farkının büyüklüğüne kapanma hızı. Tüm çarpışmalar tasarruf sağlar itme. Farklı çarpışma türlerini ayıran şey, bunların aynı zamanda kinetik enerji. Çarpma çizgisi, çarpma sırasında en yakın veya temas halinde olan yüzeylerin ortak normaline paralel olan çizgidir. Bu, çarpışma sırasında iç çarpışma kuvvetinin etki ettiği çizgidir ve Newton'un iade katsayısı sadece bu satır boyunca tanımlanır. Çarpışmalar üç türdendir:

1. mükemmel elastik çarpışma
2. esnek olmayan çarpışma
3. mükemmel esnek olmayan çarpışma.

Özellikle, çarpışmalar ya elastik, hem momentumu hem de kinetik enerjiyi korudukları anlamına gelir veya esnek olmayan, yani momentumu korurlar ancak kinetik enerjiyi korumazlar.

Esnek olmayan bir çarpışmaya bazen bir plastik çarpışma. "Tamamen esnek olmayan" bir çarpışma ("mükemmel plastik" çarpışma olarak da adlandırılır), sınırlayıcı durum iki cismin esnek olmayan çarpışmasının birleşmek darbeden sonra.

Bir çarpışmanın elastik veya elastik olmayan derecesi, iade katsayısı, genellikle sıfır ile bir arasında değişen bir değer. Tamamen elastik bir çarpışmanın yeniden yerleştirme katsayısı birdir; tamamen esnek olmayan bir çarpışmanın geri döndürme katsayısı sıfırdır.

Çarpışma türleri

İki cisim arasında iki tür çarpışma vardır - 1) Önden çarpışmalar veya tek boyutlu çarpışmalar - çarpışmadan hemen önce her cismin hızının çarpma çizgisi boyunca olduğu yerlerde ve 2) Kafaya olmayan çarpışmalar, eğik çarpışmalar veya iki boyutlu çarpışmalar - çarpışmadan hemen önce her cismin hızının çarpma hattı boyunca olmadığı durumlarda.

Tazmin katsayısına göre, aşağıda belirtildiği gibi herhangi bir çarpışmanın iki özel durumu vardır:

1. Bir mükemmel Elastik çarpışma hiçbir kaybın olmadığı kinetik enerji çarpışmada. Gerçekte, nesneler arasındaki herhangi bir makroskobik çarpışma, kinetik enerjinin bir kısmını içsel enerji ve diğer enerji biçimleri, bu nedenle hiçbir büyük ölçekli etki tam anlamıyla esnek değildir. Bununla birlikte, bazı problemler, bu şekilde yaklaşılabilecek kadar mükemmel elastikliğe yeterince yakındır. Bu durumda, geri ödeme katsayısı bire eşittir.
2. Bir esnek olmayan çarpışma çarpışmada kinetik enerjinin bir kısmının başka bir enerji formuna dönüştüğü bir enerjidir. İtme esnek olmayan çarpışmalarda korunur (elastik çarpışmalarda olduğu gibi), ancak bazıları diğer enerji biçimlerine dönüştürüldüğü için çarpışma yoluyla kinetik enerji izlenemez. Bu durumda, geri ödeme katsayısı bire eşit değildir.

Herhangi bir çarpışma türünde, çarpışan cisimlerin bir an için çarpışma hattı boyunca aynı hıza sahip olduğu bir aşama vardır ve bu aşamada cisimlerin kinetik enerjisinin minimuma indiği ve anlık olarak bir maksimum deformasyon aşaması olarak adlandırılabilir. iade katsayısı bir olur.

Çarpışmalar ideal gazlar mükemmel elastik çarpışmalara yaklaşırken, saçılma etkileşimlerinde olduğu gibi atomaltı parçacıklar tarafından saptırılan elektromanyetik güç. Uydular ve gezegenler arasındaki sapan tipi yerçekimi etkileşimleri gibi bazı büyük ölçekli etkileşimler neredeyse tamamen esnektir.

Sert küreler arasındaki çarpışmalar neredeyse elastik olabilir, bu nedenle elastik bir çarpışmanın sınırlayıcı durumunu hesaplamak yararlıdır. Momentumun korunumu ve kinetik enerjinin korunumu varsayımı, iki gövdeli çarpışmalarda son hızların hesaplanmasını mümkün kılar.

Allision

İçinde deniz hukuku ara sıra, hareketli bir nesneye çarpan bir geminin durumu ile sabit bir nesneye çarpan bir geminin durumu arasında ayrım yapılması arzu edilir. Daha sonra "allision" kelimesi sabit bir nesnenin çarpması anlamında kullanılırken "çarpışma", hareket eden bir nesnenin çarpması anlamında kullanılır.^[1][2][3] Bu nedenle, iki gemi birbirine çarptığında, çarpışma olarak adlandırılırken, bir gemi diğerine çarptığında, bütünlük olarak kabul edilir.^[4] Sabit nesne ayrıca bir köprü veya rıhtım. İki terim arasında büyük bir fark olmasa da ve çoğu zaman birbirinin yerine kullanılsa da, farkı belirlemek acil durumların koşullarını netleştirmeye ve buna göre uyarlamaya yardımcı olur.^[5] Bu durumuda Vane Line Bunkering, Inc. - Natalie D M / V, hareket eden geminin kusurlu olduğu varsayımı olduğu tespit edildi. "varsayım, [hareket eden] gemi bir şekilde yanlış kullanılmadıkça, hareket eden gemilerin genellikle sabit nesnelerle çarpışmayacağı şeklindeki sağduyu gözleminden türemiştir.”^[6] Buna ayrıca atıfta bulunulur^{[Kim tarafından? ]} gibi Oregon Kuralı.^[7]

Çarpışmaları çözmeye yönelik analitik ve sayısal yaklaşımlar

Çarpışmaları içeren nispeten az sayıda problem analitik olarak çözülebilir; geri kalanı gerektirir Sayısal yöntemler. Çarpışmaları simüle etmede önemli bir sorun, iki nesnenin çarpışıp çarpışmadığını belirlemektir. Bu soruna çarpışma algılama.

Bu bölüm olabilir gerek Temizlemek Wikipedia'yla tanışmak için kalite standartları. Hayır temizleme nedeni belirtildi. Lütfen yardım et bu bölümü geliştir Eğer yapabilirsen. (Şubat 2011) (Bu şablon mesajını nasıl ve ne zaman kaldıracağınızı öğrenin)

Analitik olarak çözülebilen çarpışma örnekleri

Bilardo

Çarpışmalar önemli bir rol oynar isteka sporları. Çünkü aralarındaki çarpışmalar bilardo topları neredeyse elastiktir ve toplar düşük üreten bir yüzeyde yuvarlanır yuvarlanma sürtünmesi davranışları genellikle göstermek için kullanılır Newton'un hareket yasaları. Hareket eden bir topun sabit kütleli sabit bir topla sıfır sürtünmeli çarpışmasından sonra, iki topun yönleri arasındaki açı 90 derecedir. Bu, profesyonel bilardo oyuncularının dikkate aldığı önemli bir gerçektir.^[8] topun sürtünmeyle yuvarlanmak yerine masanın üzerinde herhangi bir sürtünme etkisi olmadan hareket ettiğini varsaymasına rağmen. 2 kütleli herhangi bir 2 boyutta elastik bir çarpışma düşünün. m₁ ve M₂ilgili başlangıç ​​hızlarıyla sen₁ ve sen₂ nerede sen₂ = 0ve son hızlar V₁ ve V₂Momentumun korunması m verir₁sen₁ = m₁V₁+ m₂V₂Elastik bir çarpışma için enerji tasarrufu (1/2) m verir.₁|sen₁|² = (1/2) m₁|V₁|² + (1/2) m₂|V₂|²Şimdi m durumunu düşünün₁ = m₂: elde ederiz sen₁=V₁+V₂ ve |sen₁|² = |V₁|²+|V₂|². Almak nokta ürün eski denklemin her iki tarafının kendisi ile, |sen₁|² = sen₁• u₁ = |V₁|²+|V₂|²+2V₁• V₂. Bunu ikinci denklemle karşılaştırmak, V₁• V₂ = 0, bu nedenle dikey olmadıkça V₁ sıfır vektördür (ancak ve ancak çarpışma önden ise oluşur).

Mükemmel esnek olmayan çarpışma

Tamamen esnek olmayan bir çarpışmada, yani sıfır iade katsayısı çarpışan parçacıklar birleşmek. Momentumun korunmasını dikkate almak gerekir:

${displaystyle m_ {a} mathbf {u} _ {a} + m_ {b} mathbf {u} _ {b} = sol (m_ {a} + m_ {b} ight) mathbf {v},}$

nerede v son hızdır, dolayısıyla şu şekilde verilir:

${displaystyle mathbf {v} = {frac {m_ {a} mathbf {u} _ {a} + m_ {b} mathbf {u} _ {b}} {m_ {a} + m_ {b}}}}$

Toplam kinetik enerjinin azalması, çarpışmadan önceki toplam kinetik enerjiye eşittir. momentum merkezi çerçevesi iki parçacıklı sisteme göre, çünkü böyle bir çerçevede çarpışmadan sonraki kinetik enerji sıfırdır. Bu çerçevede, çarpışmadan önceki kinetik enerjinin çoğu, daha küçük kütleli parçacığın enerjisidir. Başka bir çerçevede, kinetik enerjinin azalmasına ek olarak, bir partikülden diğerine kinetik enerji transferi olabilir; Bunun çerçeveye bağlı olduğu gerçeği, bunun ne kadar göreceli olduğunu gösterir. zaman tersine çevrildiğinde, iki nesnenin durumu birbirlerinden uzağa itilir, ör. ateş etmek mermi veya a roket uygulama itme (karşılaştır Tsiolkovsky roket denkleminin türetilmesi ).

Sayısal olarak analiz edilen çarpışma örnekleri

Hayvan hareketi

Bir hayvanın ayağı veya pençesinin alttaki substratla çarpışması genellikle yer reaksiyon kuvvetleri olarak adlandırılır. Kinetik enerji korunmadığı için bu çarpışmalar esnek değildir. Önemli bir araştırma konusu protezler hem engelli hem de engelli olmayan yürüyüş ile ilişkili ayak-zemin çarpışmaları sırasında üretilen kuvvetleri ölçmektedir. Bu ölçüm tipik olarak deneklerin bir kuvvet platformu (bazen "kuvvet plakası" olarak adlandırılır) ve ayrıntılı kinematik ve dinamik (bazen kinetik olarak adlandırılır) analiz.

Deneysel bir araç olarak kullanılan çarpışmalar

Çarpışmalar, nesnelerin malzeme özelliklerini ve diğer fiziksel olayları incelemek için deneysel bir teknik olarak kullanılabilir.

Uzay araştırması

Bir nesnenin kasıtlı olarak başka bir gök cismi üzerine inmesi, ölçümler yapması ve onları yok edilmeden önce Dünya'ya göndermesi veya başka yerdeki aletlerin etkiyi gözlemlemesine izin verilmesi için yapılabilir. Örneğin bkz .:

• Sırasında Apollo 13, Apollo 14, Apollo 15, Apollo 16 ve Apollo 17, S-IVB (roketin üçüncü aşaması) Ay Ay çekirdeğini karakterize etmek için kullanılan sismik ölçüm yapmak için.
• Derin etki
• AKILLI-1 - Avrupa Uzay Ajansı uydu
• Ay çarpma sondası - ISRO incelemek, bulmak

Moleküler çarpışmaların matematiksel açıklaması

Bir molekülün doğrusal, açısal ve iç momentumunun dizi ile verilmesine izin verin. r değişkenler { p_ben }. Bir molekülün durumu daha sonra aralık ile tanımlanabilir δw_ben = δp₁δp₂δp₃ ... δp_r. Farklı durumlara karşılık gelen bu tür birçok aralık vardır; belirli bir durum indeks ile gösterilebilir ben. Çarpışmaya uğrayan iki molekül bu nedenle (ben, j) (Böyle sıralı bir çift bazen bir takımyıldız.) Ağırlık merkezi kritik bir mesafe içinde yaklaşmadıkça, iki molekülün birbirleri üzerinde ihmal edilebilir bir etki yarattığını varsaymak uygundur. b. Dolayısıyla, ilgili ağırlık merkezleri bu kritik mesafeye ulaştığında bir çarpışma başlar ve ayrılık yolunda bu kritik mesafeye tekrar ulaştıklarında tamamlanır. Bu model altında, bir çarpışma tamamen matris tarafından tanımlanır ${displaystyle {egin {pmatrix} i & j k & ödünç ver {pmatrix}}}$, takımyıldızı ifade eder (ben, j) çarpışmadan önce ve (genel olarak farklı) takımyıldızı (k, l) çarpışmadan sonra. Bu gösterim Boltzmann'ın H teoremi nın-nin Istatistik mekaniği.

Kasıtlı bir çarpışma yoluyla saldırı

Kasıtlı bir çarpışma yoluyla saldırı türleri şunları içerir:

• vücutla vurmak: silahsız dikkat çekici, delme, tekme
• gibi bir silahla vurmak kılıç, kulüp veya balta
• tokmaklama bir nesne veya araçla, örneğin:
  • Ram-baskın, zorla girmek için bir binaya araba kullanma uygulaması
  • a Koçbaşı, büyük kapıları kırmak için kullanılan ortaçağ silahı, ayrıca baskınlar sırasında polis güçleri tarafından modern bir versiyon da kullanılıyor

Uzaktaki bir nesneyle saldıran bir çarpışma, fırlatılarak veya fırlatılarak elde edilebilir. mermi.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

• Tolman, R.C. (1938). İstatistiksel Mekaniğin İlkeleri. Oxford: Clarendon Press. Yeniden Yayınlandı (1979) New York: Dover ISBN  0-486-63896-0.

Dış bağlantılar

• Üç Boyutlu Çarpışma - İki homojen küre arasında eğik esnek olmayan çarpışma.
• Tek Boyutlu Çarpışma - Tek Boyutlu Çarpışma Flash Uygulaması.
• İki Boyutlu Çarpışma - İki Boyutlu Çarpışma Flash Uygulaması.