Кіріспе
Физика модельдері. Физикада соқтығысу – екі немесе одан көп дененің салыстырмалы түрде қысқа мерзім ішінде бір-біріне күш түсірген кез келген оқиға. «Соқтығысу» сөзі көбінесе екі немесе одан көп нысанның үлкен күшпен соқтығысуын білдірсе де, ғылыми мағынасында күштің мөлшеріне қатысты ешқандай шектеу жоқ.
physics models
In physics, a collision is any event in which two or more bodies exert forces on each other in a relatively short time. Although the most common use of the word collision refers to incidents in which two or more objects collide with great force, the scientific use of the term implies nothing about the magnitude of the force.
Тез соқтығысу түрлері
Соқтығысу – екі немесе одан көп дененің бір мезгілде өзара әрекеттесуі, олардың арасындағы ішкі күштердің әсерінен қозғалыстарында өзгеру тудырады. Соқтығысу күштерді қамтиды (жылдамдық өзгереді). Соқтығысу алдындағы жылдамдықтардың айырмасының шамасы – жақындасу жылдамдығы деп аталады. Барлық соқтығысуларда импульс сақталады. Соқтығысу түрлерінің айырмашылығы – соқтығысуға дейін және соқтығысудан кейін жүйенің кинетикалық энергиясын сақтауында. Соқтығысулар үш түрге бөлінеді:
Perfectly inelastic collision. If most or all of the total kinetic energy is lost (dissipated as heat, sound, etc. or absorbed by the objects themselves), the collision is said to be inelastic; such collisions involve objects coming to a full stop. A "perfectly inelastic" collision (also called a "perfectly plastic" collision) is a limiting case of inelastic collision in which the two bodies coalesce after impact. An example of such a collision is a car crash, as cars crumple inward when crashing, rather than bouncing off of each other. This is by design, for the safety of the occupants and bystanders should a crash occur the frame of the car absorbs the energy of the crash instead. Inelastic collision. If most of the kinetic energy is conserved (i. e. the objects continue moving afterwards), the collision is said to be elastic. An example of this is a baseball bat hitting a baseball the kinetic energy of the bat is transferred to the ball, greatly increasing the ball's velocity. The sound of the bat hitting the ball represents the loss of energy. An inelastic collision is sometimes also called a plastic collision. Elastic collision If all of the total kinetic energy is conserved (i. e. no energy is released as sound, heat, etc. ), the collision is said to be perfectly elastic. Such a system is an idealization and cannot occur in reality, due to the second law of thermodynamics. The degree to which a collision is elastic or inelastic is quantified by the coefficient of restitution, a value that generally ranges between zero and one. A perfectly elastic collision has a coefficient of restitution of one; a perfectly inelastic collision has a coefficient of restitution of zero. The line of impact is the line that is collinear to the common normal of the surfaces that are closest or in contact during impact. This is the line along which internal force of collision acts during impact, and Newton's coefficient of restitution is defined only along this line. Collisions in ideal gases approach perfectly elastic collisions, as do scattering interactions of sub atomic particles which are deflected by the electromagnetic force. Some large scale interactions like the slingshot type gravitational interactions between satellites and planets are almost perfectly elastic.
Толық серпімсіз соқтығысу. Егер жалпы кинетикалық энергияның көп бөлігі немесе барлығы жоғалса (жылу, дыбыс және т.б. түрінде тарап кетсе немесе дененің өзі сіңіріп алса), соқтығысу серпімсіз деп айтылады; мұндай соқтығысуларда дененің толық тоқтауы мүмкін. «Толық серпімсіз» соқтығысу (кейде «толық пластикалық» соқтығысу деп те аталады) – серпімсіз соқтығысудың шекті жағдайы, онда соқтығысқаннан кейін екі дене бірігеді. Мұндай соқтығысудың мысалы – автомобиль апаты, себебі көліктер бір-бірінен секіріп кетпей, соқтығысқанда ішке қарай бүкіледі. Бұл конструкция бойынша, апат болған жағдайда жолаушылар мен жаяу жүргіштердің қауіпсіздігі үшін автомобильдің рамасы апаттың энергиясын сіңіреді. Серпімсіз соқтығысу. Егер кинетикалық энергияның көп бөлігі сақталса (яғни, дененің қозғалысы жалғаса берсе), соқтығысу серпімді деп аталады. Мысалы, бейсбол таяғының бейсболға тиюі – таяқтың кинетикалық энергиясы допқа беріліп, доптың жылдамдығын күрт арттырады. Таяқтың допқа тиген дыбысы – энергияның жоғалуын көрсетеді. Серпімсіз соқтығысу кейде пластикалық соқтығысу деп те аталады.
Perfectly inelastic collision. If most or all of the total kinetic energy is lost (dissipated as heat, sound, etc. or absorbed by the objects themselves), the collision is said to be inelastic; such collisions involve objects coming to a full stop. A "perfectly inelastic" collision (also called a "perfectly plastic" collision) is a limiting case of inelastic collision in which the two bodies coalesce after impact. An example of such a collision is a car crash, as cars crumple inward when crashing, rather than bouncing off of each other. This is by design, for the safety of the occupants and bystanders should a crash occur the frame of the car absorbs the energy of the crash instead. Inelastic collision. If most of the kinetic energy is conserved (i. e. the objects continue moving afterwards), the collision is said to be elastic. An example of this is a baseball bat hitting a baseball the kinetic energy of the bat is transferred to the ball, greatly increasing the ball's velocity. The sound of the bat hitting the ball represents the loss of energy. An inelastic collision is sometimes also called a plastic collision. Elastic collision If all of the total kinetic energy is conserved (i. e. no energy is released as sound, heat, etc. ), the collision is said to be perfectly elastic. Such a system is an idealization and cannot occur in reality, due to the second law of thermodynamics. The degree to which a collision is elastic or inelastic is quantified by the coefficient of restitution, a value that generally ranges between zero and one. A perfectly elastic collision has a coefficient of restitution of one; a perfectly inelastic collision has a coefficient of restitution of zero. The line of impact is the line that is collinear to the common normal of the surfaces that are closest or in contact during impact. This is the line along which internal force of collision acts during impact, and Newton's coefficient of restitution is defined only along this line. Collisions in ideal gases approach perfectly elastic collisions, as do scattering interactions of sub atomic particles which are deflected by the electromagnetic force. Some large scale interactions like the slingshot type gravitational interactions between satellites and planets are almost perfectly elastic.
Серпімді соқтығысу. Егер барлық жалпы кинетикалық энергия сақталса (яғни, энергия дыбыс, жылу және т.б. түрінде бөлінбесе), соқтығысу толық серпімді деп аталады. Мұндай жүйе – идеалды жағдай және термодинамиканың екінші заңына сәйкес, шындықта орын алмайды. Соқтығысудың серпімділік дәрежесі – қайтару коэффициентімен өлшенеді, бұл көрсеткіш әдетте нөл мен бірдің арасында болады. Толық серпімді соқтығысуда қайтару коэффициенті бірге тең, ал толық серпімсіз соқтығысуда – нөлге тең.
Perfectly inelastic collision. If most or all of the total kinetic energy is lost (dissipated as heat, sound, etc. or absorbed by the objects themselves), the collision is said to be inelastic; such collisions involve objects coming to a full stop. A "perfectly inelastic" collision (also called a "perfectly plastic" collision) is a limiting case of inelastic collision in which the two bodies coalesce after impact. An example of such a collision is a car crash, as cars crumple inward when crashing, rather than bouncing off of each other. This is by design, for the safety of the occupants and bystanders should a crash occur the frame of the car absorbs the energy of the crash instead. Inelastic collision. If most of the kinetic energy is conserved (i. e. the objects continue moving afterwards), the collision is said to be elastic. An example of this is a baseball bat hitting a baseball the kinetic energy of the bat is transferred to the ball, greatly increasing the ball's velocity. The sound of the bat hitting the ball represents the loss of energy. An inelastic collision is sometimes also called a plastic collision. Elastic collision If all of the total kinetic energy is conserved (i. e. no energy is released as sound, heat, etc. ), the collision is said to be perfectly elastic. Such a system is an idealization and cannot occur in reality, due to the second law of thermodynamics. The degree to which a collision is elastic or inelastic is quantified by the coefficient of restitution, a value that generally ranges between zero and one. A perfectly elastic collision has a coefficient of restitution of one; a perfectly inelastic collision has a coefficient of restitution of zero. The line of impact is the line that is collinear to the common normal of the surfaces that are closest or in contact during impact. This is the line along which internal force of collision acts during impact, and Newton's coefficient of restitution is defined only along this line. Collisions in ideal gases approach perfectly elastic collisions, as do scattering interactions of sub atomic particles which are deflected by the electromagnetic force. Some large scale interactions like the slingshot type gravitational interactions between satellites and planets are almost perfectly elastic.
Соқтығысу сызығы – соқтығысқан кезде ең жақын немесе жанасқан беттердің ортақ нормаліне параллель сызық. Бұл соқтығысу кезінде ішкі соқтығысу күшінің әрекет ететін сызық, және Ньютонның қайтару коэффициенті тек осы сызық бойынша анықталады. Идеалдық газдардағы соқтығысулар, сондай-ақ электромагниттік күштердің әсерінен бұрылатын субатомдық бөлшектердің шашырауы толық серпімді соқтығысуға жақын. Спутниктер мен планеталар арасындағы гравитациялық өзара әрекеттесулер сияқты кейбір ірі масштабты өзара әрекеттесулер де дерлік толық серпімді болып табылады.
Perfectly inelastic collision. If most or all of the total kinetic energy is lost (dissipated as heat, sound, etc. or absorbed by the objects themselves), the collision is said to be inelastic; such collisions involve objects coming to a full stop. A "perfectly inelastic" collision (also called a "perfectly plastic" collision) is a limiting case of inelastic collision in which the two bodies coalesce after impact. An example of such a collision is a car crash, as cars crumple inward when crashing, rather than bouncing off of each other. This is by design, for the safety of the occupants and bystanders should a crash occur the frame of the car absorbs the energy of the crash instead. Inelastic collision. If most of the kinetic energy is conserved (i. e. the objects continue moving afterwards), the collision is said to be elastic. An example of this is a baseball bat hitting a baseball the kinetic energy of the bat is transferred to the ball, greatly increasing the ball's velocity. The sound of the bat hitting the ball represents the loss of energy. An inelastic collision is sometimes also called a plastic collision. Elastic collision If all of the total kinetic energy is conserved (i. e. no energy is released as sound, heat, etc. ), the collision is said to be perfectly elastic. Such a system is an idealization and cannot occur in reality, due to the second law of thermodynamics. The degree to which a collision is elastic or inelastic is quantified by the coefficient of restitution, a value that generally ranges between zero and one. A perfectly elastic collision has a coefficient of restitution of one; a perfectly inelastic collision has a coefficient of restitution of zero. The line of impact is the line that is collinear to the common normal of the surfaces that are closest or in contact during impact. This is the line along which internal force of collision acts during impact, and Newton's coefficient of restitution is defined only along this line. Collisions in ideal gases approach perfectly elastic collisions, as do scattering interactions of sub atomic particles which are deflected by the electromagnetic force. Some large scale interactions like the slingshot type gravitational interactions between satellites and planets are almost perfectly elastic.
Бильярд
Соқтығысулар ойнақ спортында маңызды рөл атқарады. Бильярд шарлары арасындағы соқтығысулар дерлік серпімді болып келеді, ал шарлар төмен үйкеліс тудыратын бетте домалайды, сондықтан олардың мінез-құлқы Ньютонның қозғалыс заңдарын көрсету үшін жиі қолданылады. Ұйкеліссіз жылжымалы шардың тең массалы тұрған шармен соқтығысуынан кейін екі шардың бағыттары арасындағы бұрыш 90 градусқа тең болады. Бұл кәсіби бильярд ойыншылары ескеретін маңызды факт, бірақ ол шардың үстел үстінде үйкеліспен домалағаннан гөрі, үйкеліс әсері болмай жылғанын болжайды. Кез келген екі масса m1 және m2 екі өлшемдегі серпімді соқтығысуын қарастырайық, олардың бастапқы жылдамдықтары u1 және u2 болса, u2 = 0, ал соңғы жылдамдықтары V1 және V2. Импульстің сақталу заңы m1u1 = m1V1 + m2V2 теңдігін береді. Серпімді соқтығысу үшін энергияның сақталу заңы (1/2)m1|u1|2 = (1/2)m1|V1|2 + (1/2)m2|V2|2 теңдігін береді. Енді m1 = m2 жағдайын қарастырайық: онда u1 = V1 + V2 және |u1|2 = |V1|2 + |V2|2. Бұрынғы теңдеудің екі жағының векторлық көбейтіндісін өзімен алып, |u1|2 = u1•u1 = |V1|2 + |V2|2 + 2V1•V2 теңдігіне жетеміз. Бұл соңғы теңдеумен салыстырғанда V1•V2 = 0 теңдігі шығады, яғни олар перпендикуляр болады, егер V1 нөлдік вектор болмаса (бұл тек соқтығысу тікелей болған жағдайда ғана болады).
Жануарлардың қозғалыс ығысуы
Жануардың аяғы немесе табанының төмендегі бетпен соқтығысуы, әдетте, жер реакциялық күштері деп аталады. Бұл соқтығысулар серпімді емес, себебі кинетикалық энергия сақталмайды. Протездік зерттеулердегі маңызды тақырып – мүмкіндігі шектеулі және қалыпты жүріс кезінде аяқ пен жердің соқтығысуынан туындайтын күштерді анықтау. Мұндай анықтама үшін әдетте зерттелушілер күш платформасы (кейде "күш тақтасы" деп аталады) арқылы жүреді, сондай-ақ толыққанды кинематикалық және динамикалық (кейде кинетикалық деп те аталады) талдау жүргізіледі.
Гипер жылдамдық әсерлері
Гипержылдамдық – секундына шамамен 3000 метрден асатын өте жоғары жылдамдық (сағатына 11000 километр, сағатына 6700 миль, секундтына 10000 фут немесе Мах 8.8). Атап айтқанда, гипержылдамдық – бұл соққы кезінде материалдардың беріктігі инерциялық күштерге қарағанда өте төмен болатын жылдамдық. Сондықтан, металдар мен сұйықтықтар гипержылдамдық соққыға ұшырағанда бірдей қасиеттер көрсетеді. Өте жоғары гипержылдамдықпен соққы болған жағдайда соқтығысқан дене мен нысана буланып кетеді. Құрылымдық металдар үшін гипержылдамдық әдетте 2500 м/с-тан жоғары (сағатына 5600 миль, сағатына 9000 километр, секундтына 8200 фут немесе Мах 7.3) деп есептеледі. Метеориттік кратерлер де гипержылдамдық соққының мысалы болып табылады.