Неупругие столкновения: потеря энергии на тепло из-за трения. Объяснение, почему кинетическая энергия не сохраняется и как это влияет на тела и молекулы.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Столкновение, в котором энергия теряется на нагрев.
Collision in which energy is lost to heat
Неэластичное столкновение, в отличие от упругого, – это столкновение, при котором кинетическая энергия не сохраняется из-за действия внутреннего трения. При столкновениях макроскопических тел часть кинетической энергии преобразуется в энергию колебаний атомов, вызывая нагрев и деформацию тел. Молекулы газа или жидкости редко испытывают идеально упругие столкновения, поскольку при каждом столкновении происходит обмен кинетической энергией между поступательным движением молекул и их внутренними степенями свободы. В любой момент времени примерно половина столкновений является в той или иной степени неэластичной (пара обладает меньшей кинетической энергией после столкновения, чем до него), а другая половина может быть описана как "сверхъупругая" (пара обладает большей кинетической энергией после столкновения, чем до него). В среднем по всему объему столкновения молекул являются упругими. Хотя неэластичные столкновения не сохраняют кинетическую энергию, они подчиняются закону сохранения импульса. Простые задачи о баллистическом маятнике подчиняются закону сохранения кинетической энергии только в момент, когда блок достигает максимального угла отклонения. В ядерной физике неэластичное столкновение – это столкновение, в результате которого входящая частица возбуждает или разрушает ядро, в которое она попадает. Глубокое неупругое рассеяние – это метод исследования структуры субатомных частиц, аналогичный тому, как Резерфорд исследовал структуру атома (см. рассеяние Резерфорда). Такие эксперименты с протонами проводились в конце 1960-х годов с использованием пучков электронов высокой энергии на Стенфордском линейном ускорителе (SLAC). Как и в рассеянии Резерфорда, глубокое неупругое рассеяние электронов на протонах показало, что большинство падающих электронов взаимодействуют слабо и проходят сквозь протоны, лишь небольшое количество отклоняется назад. Это указывает на то, что заряд протона сосредоточен в небольших областях, напоминая открытие Резерфорда о том, что положительный заряд в атоме сосредоточен в ядре. Однако в случае протона данные свидетельствовали о трех различных концентрациях заряда (кварках), а не об одной.
An inelastic collision, in contrast to an elastic collision, is a collision in which kinetic energy is not conserved due to the action of internal friction. In collisions of macroscopic bodies, some kinetic energy is turned into vibrational energy of the atoms, causing a heating effect, and the bodies are deformed. The molecules of a gas or liquid rarely experience perfectly elastic collisions because kinetic energy is exchanged between the molecules' translational motion and their internal degrees of freedom with each collision. At any one instant, half the collisions are – to a varying extent – inelastic (the pair possesses less kinetic energy after the collision than before), and half could be described as “super elastic” (possessing more kinetic energy after the collision than before). Averaged across an entire sample, molecular collisions are elastic. Although inelastic collisions do not conserve kinetic energy, they do obey conservation of momentum. Simple ballistic pendulum problems obey the conservation of kinetic energy only when the block swings to its largest angle. In nuclear physics, an inelastic collision is one in which the incoming particle causes the nucleus it strikes to become excited or to break up. Deep inelastic scattering is a method of probing the structure of subatomic particles in much the same way as Rutherford probed the inside of the atom (see Rutherford scattering). Such experiments were performed on protons in the late 1960s using high energy electrons at the Stanford Linear Accelerator (SLAC). As in Rutherford scattering, deep inelastic scattering of electrons by proton targets revealed that most of the incident electrons interact very little and pass straight through, with only a small number bouncing back. This indicates that the charge in the proton is concentrated in small lumps, reminiscent of Rutherford's discovery that the positive charge in an atom is concentrated at the nucleus. However, in the case of the proton, the evidence suggested three distinct concentrations of charge (quarks) and not one.
Частично неэластичные столкновения
Частично неэластичные столкновения – наиболее распространенная форма столкновений в реальном мире. В этом типе столкновений объекты не слипаются, но некоторая часть кинетической энергии всё же теряется. Трение, звук и тепло – примеры того, как кинетическая энергия может быть потеряна при частично неэластичных столкновениях.
Partially inelastic collisions are the most common form of collisions in the real world. In this type of collision, the objects involved in the collisions do not stick, but some kinetic energy is still lost. Friction, sound and heat are some ways the kinetic energy can be lost through partial inelastic collisions.