The Trolleys Stick — Where Did the Energy Go?

الميكانيكا متوسط مجاني VR · AR
The Trolleys Stick — Where Did the Energy Go? – الميكانيكا
The Trolleys Stick — Where Did the Energy Go? – الميكانيكا

عربتان مختبريتان تلتقيان على مسار أفقي. تندفع العربة ‎A‎ نحو العربة ‎B‎ الساكنة، وتجعلهما وسادتا الخطاف والحلقة على الطرفين المتقابلين تلتصقان. يصوّر هاتف على حامل ثلاثي صغير التصادمَ بمعدل ‎240‎ إطارًا في الثانية بجوار شريط قياس، ويُعرض المشهد أبطأ من الواقع ثماني مرات كما يبدو مقطع الحركة البطيئة. تضبط ثلاثة مزالق كتلة كل عربة وسرعة ‎A‎، وتظهر الأثقال المشقوقة على العربتين كلما أضفتها. اضغط زر التشغيل فيُعرض المقطع مرة واحدة: تنضغط الوسادتان وتتوهجان، ثم تمضي العربتان معًا بسرعة أقل.

كيف تستخدم هذه المحاكاة

ما الذي تلاحظه

الفيزياء وراءها

خذ اتجاه حركة ‎A‎ موجبًا. تدفع الوسادتان العربتين بقوتين متساويتين ومتضادتين، فلا يمكن أن تتغير كمية الحركة الكلية: ‎mA vA = (mA + mB) v′‎، ومنها ‎v′ = mA vA / (mA + mB)‎. وعند القيم الابتدائية ‎v′ = 1.0 × 4.0 / 2.5 = 1.6 م/ث‎. الطاقة الحركية قبل التصادم ‎½ × 1.0 × 4.0² = 8.0 جول‎، وبعده ‎½ × 2.5 × 1.6² = 3.2 جول‎، فيغادر الحركةَ ‎4.8 جول‎، أي ‎60 %‎. لكنها لا تفنى: فهي في النموذج الشغل المبذول في ضغط وسادتي الرغوة اللتين تبقيهما الخطاطيف مضغوطتين، وفي التصادم الحقيقي تصير طاقة داخلية مصاحبة للتشوّه والاهتزاز والتسخين، مع قليل من الصوت. والنسبة المفقودة هي ‎mB/(mA + mB)‎: تزداد كلما ثقلت ‎B‎ وتقل كلما ثقلت ‎A‎، أما سرعة ‎A‎ فتغيّر مقدار الطاقة المفقودة لا نسبتها. ويقرأ شريط الفيلم علامة منتصف ‎A‎ كل ثامن إطار، أي بفاصل ‎1/30 ث‎، على العدد نفسه من فواصل الإطارات قبل الاصطدام وبعده: ‎0.400 م‎ في ‎0.100 ث‎ تعطي ‎4.0 م/ث‎ قبله، و‎0.160 م‎ في ‎0.100 ث‎ تعطي ‎1.6 م/ث‎ بعده.

momentumkinetic energyinelastic collisionperfectly inelasticconservation of momentumslow-motion video3D