Caught, Returned or Sent North — Impulse Is a Vector

الميكانيكا متوسط مجاني VR · AR
Caught, Returned or Sent North — Impulse Is a Vector – الميكانيكا
Caught, Returned or Sent North — Impulse Is a Vector – الميكانيكا

تطير كرة من جهة الغرب فوق ملعب رُسمت على أرضه وردة بوصلة، فيعيد مضربٌ إرسالها. تضبط أربعة مزالق كتلة الكرة ‎m‎، وسرعتها قبل الضربة ‎vi‎، وزاوية خروجها ‎θ‎ مقيسةً من الشرق، ونسبة السرعة بعد الضربة إلى السرعة قبلها ‎vf/vi‎؛ وتبدأ المحاكاة عند ‎60 جم‎ و‎20 م/ث‎ و‎90°‎ و‎1.00‎، والنسبة ‎0‎ تعني أن الكرة أُمسكت. ويدور المضرب مع حركة المزالق: فالمضرب الأملس لا يدفع إلا في اتجاه العمودي عند نقطة التلامس، ولذا يجب أن يشير هذا العمودي في اتجاه الدفع. وعلى الوردة تُرسم كمية الحركة الابتدائية ‎pi‎ والدفع ‎J‎ من النقطة نفسها، ويكون قطر متوازي الأضلاع الذي يكوّنانه هو كمية الحركة النهائية ‎pf‎. وتُعرض الرحلة مرة واحدة أبطأ ‎20‎ مرة، مع صور متتابعة للكرة على فترات زمنية متساوية؛ ويتيح لك خط زمني أن تتوقف عند أي لحظة قبل الضربة أو بعدها.

كيف تستخدم هذه المحاكاة

ما الذي تلاحظه

الفيزياء وراءها

اعتبر الشرق موجبًا. كمية حركة الكرة قبل الضربة ‎pi = mvi = 6.0 × 10⁻² × 20 = 1.2 كجم·م/ث‎ نحو الشرق، والدفع هو التغير الاتجاهي ‎J = pf − pi‎. عند الإمساك بها تكون ‎pf = 0‎ و‎J = 0 − 1.2 = −1.2 نيوتن·ث‎، أي ‎1.2 نيوتن·ث‎ نحو الغرب. وعند ردّها نحو الغرب بالسرعة نفسها ‎J = (6.0 × 10⁻²)(−20) − (6.0 × 10⁻²)(20) = −2.4 نيوتن·ث‎: فعكس كمية الحركة يضاعف الدفع. وعند إرسالها شمالًا بالسرعة نفسها تكون ‎pi‎ و‎pf‎ متعامدتين، فيكون ‎|J| = √2 × 1.2 = 1.70 ≈ 1.7 نيوتن·ث‎ في اتجاه الشمال الغربي. وعمومًا يعطي مثلث ‎pi‎ و‎pf‎ و‎J‎ العلاقة ‎|J| = m√(vi² + vf² − 2vi·vf cos θ)‎؛ وعند تساوي السرعتين تصبح ‎2mv sin(θ/2)‎، فتكون عند ‎120°‎ مساويةً ‎2.08 نيوتن·ث‎ في اتجاه يصنع ‎150°‎ مع الشرق. قد تبقى سرعة الكرة كما هي بينما يكبر ‎J‎ من ‎0‎ إلى ‎2mv‎: فالدفع هو التغير الاتجاهي في كمية الحركة، لا الفرق بين السرعتين. ويبقى المضرب ساكنًا متى كفى ذلك؛ ويجب أن يُضرب به نحو الكرة حين تغادر أسرع مما يستطيعه مضرب ساكن، ويتراجع معها حين تظل الكرة متجهة نحوه.

impulsemomentumvectorsparallelogram ruleJ = Δplaw of cosinescompass directions3D