Φυσική Θετικών Σπουδών & Σπουδών Υγείας Γ΄ τάξη Γενικού Λυκείου (ΤΕΥΧΟΣ Γ΄)

Σχ. 5.6 Αν η κρούση είναι ελαστική η σφαίρα ανακλάται με ταχύτητα ίδιου μέτρου.

Σχ. 5.6 Αν η κρούση είναι ελαστική η σφαίρα ανακλάται με ταχύτητα ίδιου μέτρου.

5-4 ΕΛΑΣΤΙΚΗ ΚΡΟΥΣΗ ΣΩΜΑΤΟΣ ΜΕ ΑΛΛΟ ΑΚΙΝΗΤΟ
ΠΟΛΥ ΜΕΓΑΛΗΣ ΜΑΖΑΣ

Αν η σφαίρα Σ2 της προηγούμενης παραγράφου έχει πολύ μεγαλύτερη μάζα από τη Σ1 και είναι ακίνητη πριν την κρούση οι σχέσεις (5.8) και (5.9) δίνουν

 

υ1'= -υ1

 

 

υ2' = 0

 

Δηλαδή η σφαίρα μικρής μάζας ανακλάται με ταχύτητα ίδιου μέτρου και αντίθετης φοράς από αυτήν που είχε πριν την κρούση. Το σώμα μεγάλης μάζας παραμένει πρακτικά ακίνητο.

Σύμφωνα με τα παραπάνω όταν μια σφαίρα μικρής μάζας προσκρούει ελαστικά και κάθετα στην επιφάνεια ενός τοίχου ή στο δάπεδο ανακλάται με ταχύτητα ίδιου μέτρου και αντίθετης φοράς (σχ. 5.6).

Στην περίπτωση που η σφαίρα προσκρούει ελαστικά και πλάγια σε έναν τοίχο αναλύουμε την ταχύτητά της σε δύο συνιστώσες, τη μία (υy,) κάθετη στον τοίχο και την άλλη (υν) παράλληλη με αυτόν (σχ. 5.7).

Σύμφωνα με τα παραπάνω η κάθετη στον τοίχο συνιστώσα της ταχύτητας θα αλλάξει φορά και θα διατηρήσει το μέτρο της (υx' =-υx).

Η δύναμη που ασκείται στη σφαίρα κατά την κρούση είναι κάθετη στον τοίχο, άρα η y συνιστώσα της ταχύτητας δε μεταβάλλεται (υy' =υy).

 Το μέτρο της ταχύτητας μετά την κρούση είναι

Εικόνα

δηλαδή το μέτρο της ταχύτητας της σφαίρας δε μεταβάλλεται.

Αν π και α οι γωνίες που σχηματίζουν η υ και η υ', αντίστοιχα, με την κάθετη στον τοίχο ισχύει

Εικόνα

όμως                          υy' =υy και υ = υ'

οπότε                              ημπ = ημα

και                                       π= α          
Δηλαδή η γωνία πρόσπτωσης της σφαίρας είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης.

 
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 5-1

Βλήμα μάζας m=0,02 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ=200 m/s και σφηνώνεται σε ακίνητο ξύλο μάζας Μ= 0,98 kg που βρίσκεται πάνω σε οριζόντιο επίπεδο. Να βρεθεί α) η ταχύτητα του συσσωματώματος μετά την κρούση, β) η μηχανική ενέργεια που χάθηκε κατά την κρούση, γ) το διάστημα που θα διανύσει το συσσωμάτωμα μέχρι να σταματήσει. Ο συντελεστής τριβής του συσσωματώματος με το οριζόντιο επίπεδο είναι μκ = 0,5 και η επιτάχυνση της βαρύτητας g =10m/s2.

Απάντηση :                                        
α) Έστω V η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση.

Σχ. 5.6 Αν η κρούση είναι ελαστική η σφαίρα ανακλάται με ταχύτητα ίδιου μέτρου.

                                                            Σχ. 5.6 Αν η κρούση είναι ελαστική η σφαίρα ανακλάται με ταχύτητα ίδιου μέτρου.

Συμβολίζουμε με pπριν την ορμή του συστήματος αμέσους πριν την κρούση και με pμετα την ορμή αμέσως μετά την κρούση.

pπριν = pμετα

Επιλέγοντας θετική κατεύθυνση προς τα δεξιά (σχ. 5.8), η αρχή διατήρησης της ορμής γράφεται αλγεβρικά:.

mυ = ( Μ + m)V άρα V = Εικόνα = 4m/s

β) Η μηχανική ενέργεια που χάθηκε κατά την κρούση είναι

Kπριν - Κμετά = Εικόνα2 - Εικόνα (Μ + m)V2 = 392 J

γ) Εφαρμόζοντας το θεώρημα έργου - ενέργειας για το συσσωμάτωμα έχουμε

Kαρχ + Ww + Wn + W3 = Kτελ ή Εικόνα (Μ + m)V2 - μκ (Μ + m) gs = 0 άρα

s = Εικόνα = 1,6m

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 5-2

Δύο σώματα με μάζες m1=2 kg και m2=3 kg κινούνται σε κάθετες διευθύνσεις με ταχύτητες υ1=10m/s και υ2=5 m/s και κάποια στιγμή συγκρούονται πλαστικά. Να βρεθεί η ταχύτητα του συσσωματώματος που δημιουργείται από την πλαστική κρούση των δύο σωμάτων.

Απάντηση :                                        
Έστω V η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση. Αν pπριν η ορμή του συστήματος αμέσως πριν την κρούση και pμετα η ορμή αμέσως μετά την κρούση θα είναι

pπριν = pμετα

Αναλύουμε το διάνυσμα V σε δύο συνιστώσες τη Vx κατά την διεύθυνση x και τη Vy κατά τη διεύθυνση y (σχ. 5.8). Όταν δύο διανύσματα είναι ίσα, είναι ίσες και οι συνιστώσες τους, επομένως

pπριν = pμετα   άρα Εικόνα

από όπου βρίσκουμε Εικόνα