SỰ CỐ KHÔNG CO GIÃN: TRONG MỘT THỨ NGUYÊN VÀ VÍ DỤ - VẬT LÝ - 2026

Các va chạm không đàn hồi hay va chạm không đàn hồi là một đoạn ngắn và tương tác dữ dội giữa hai đối tượng, trong đó số lượng phong trào được giữ lại, nhưng không phải là động năng, được chuyển đổi tỷ lệ một số hình thức khác của năng lượng.

Bản chất thường xuyên xảy ra va chạm hoặc va chạm. Các hạt hạ nguyên tử va chạm với tốc độ cực cao, trong khi nhiều môn thể thao và trò chơi bao gồm va chạm liên tục. Ngay cả các thiên hà cũng có khả năng va chạm.

Hình 1. Thử xe va chạm. Nguồn: Pixabay

Trên thực tế, động lượng được bảo toàn trong bất kỳ loại va chạm nào, miễn là các hạt va chạm tạo thành một hệ cô lập. Vì vậy, theo nghĩa này không có vấn đề. Bây giờ, các vật có động năng liên kết với chuyển động của chúng. Điều gì có thể xảy ra với năng lượng đó khi nó chạm vào?

Nội lực diễn ra trong quá trình va chạm giữa các vật là cường độ. Khi khẳng định rằng động năng không được bảo toàn, có nghĩa là nó được chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác: ví dụ, thành năng lượng âm thanh (một vụ va chạm ngoạn mục có âm thanh đặc biệt).

Nhiều khả năng sử dụng động năng hơn: nhiệt do ma sát, và tất nhiên là sự biến dạng không thể tránh khỏi mà các vật thể trải qua khi va chạm, chẳng hạn như thân của những chiếc ô tô trong hình trên.

Ví dụ về va chạm không đàn hồi

- Hai chất dẻo có khối lượng va chạm và ở lại với nhau, chuyển động như một mảnh sau va chạm.

- Một quả bóng cao su bật ra khỏi tường hoặc sàn nhà. Quả bóng biến dạng khi nó chạm vào bề mặt.

Không phải tất cả động năng đều được biến đổi thành các dạng năng lượng khác, với một vài trường hợp ngoại lệ. Các vật thể có thể giữ một lượng năng lượng nhất định. Sau đó chúng ta sẽ xem cách tính tỷ lệ phần trăm.

Khi các mảnh va chạm dính vào nhau, va chạm được gọi là hoàn toàn không đàn hồi và cả hai thường chuyển động cùng nhau.

Va chạm hoàn toàn không đàn hồi trong một chiều

Vụ va chạm ở hình bên cho thấy hai vật có khối lượng khác nhau m ₁ và m ₂ , chuyển động về phía nhau với các vận tốc lần lượt là v _i1 và v _i2 . Mọi thứ xảy ra theo chiều ngang, tức là va chạm ở một chiều, dễ nghiên cứu nhất.

Hình 2. Va chạm giữa hai hạt có khối lượng khác nhau. Nguồn: tự làm.

Các vật va chạm rồi dính vào nhau chuyển động sang phải. Đó là một vụ va chạm hoàn toàn không đàn hồi, vì vậy chúng ta chỉ cần giữ động lượng:

Động lượng là một vectơ có đơn vị SI là N. Trong tình huống được mô tả, ký hiệu vectơ có thể được phân phối khi xử lý các va chạm trong một chiều:

Động lượng của hệ là tổng vectơ động lượng của mỗi hạt.

Tốc độ cuối cùng được đưa ra bởi:

Hệ số thay thế

Có một đại lượng có thể cho biết va chạm đàn hồi như thế nào. Nó là hệ số hoàn nguyên, được định nghĩa là thương số âm giữa vận tốc tương đối của các hạt sau va chạm và vận tốc tương đối trước khi va chạm.

Gọi u _{1 và} u _{2 là} vận tốc tương ứng của các hạt ban đầu. Và gọi v ₁ và v _{2 là} vận tốc cuối cùng tương ứng. Về mặt toán học, hệ số thay thế có thể được biểu thị như sau:

- Nếu ε = 0 thì tương đương với khẳng định v ₂ = v ₁ . Nó có nghĩa là các tốc độ cuối cùng là như nhau và va chạm là không đàn hồi, giống như mô tả trong phần trước.

- Khi ε = 1 nghĩa là vận tốc tương đối cả trước và sau va chạm không thay đổi, trong trường hợp này va chạm là đàn hồi.

- Và nếu 0 <ε <1 phần động năng của vụ va chạm được chuyển thành một phần năng lượng khác nói trên.

Làm thế nào để xác định hệ số thay thế?

Hệ số hoàn nguyên phụ thuộc vào loại vật liệu liên quan đến va chạm. Một bài kiểm tra rất thú vị để xác định độ đàn hồi của vật liệu để làm bóng là thả quả bóng xuống một bề mặt cố định và đo độ cao bật lại.

Hình 3. Phương pháp xác định hệ số hoàn nguyên. Nguồn: tự làm.

Trong trường hợp này, tấm cố định luôn có tốc độ 0. Nếu nó được gán chỉ số 1 và chỉ số bóng 2 là:

Lúc đầu, người ta cho rằng tất cả động năng đều có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác. Rốt cuộc, năng lượng không bị phá hủy. Có thể nào các vật đang chuyển động va chạm và liên kết với nhau để tạo thành một vật thể đột ngột đứng yên? Điều này không dễ tưởng tượng.

Tuy nhiên, hãy tưởng tượng nó xảy ra theo chiều ngược lại, giống như trong một bộ phim ngược lại. Vì vậy, ban đầu vật thể ở trạng thái nghỉ và sau đó phát nổ phân mảnh thành nhiều phần khác nhau. Tình huống này hoàn toàn có thể xảy ra: đó là một vụ nổ.

Vì vậy, một vụ nổ có thể được coi là một vụ va chạm hoàn toàn không đàn hồi khi nhìn ngược thời gian. Động lượng cũng được bảo toàn, và có thể nói rằng:

Ví dụ về công việc

-Bài tập 1

Người ta biết rằng hệ số thay thế của thép là 0,90. Người ta thả một viên bi thép từ độ cao 7 m xuống một tấm cố định. Tính toán:

a) Nó sẽ nảy lên cao bao nhiêu.

b) Khoảng thời gian từ lần đầu tiên tiếp xúc với bề mặt đến lần thứ hai.

Giải pháp

a) Phương trình đã được suy ra trước đó trong phần xác định hệ số thay thế được sử dụng:

Chiều cao h ₂ được xóa :

0,90 ² . 7 m = 5,67 m

b) Để nó tăng lên 5,67 mét, tốc độ cần thiết là:

t _max = v _o / g = (10,54 / 9,8 s) = 1,08 s.

Thời gian để về là như nhau, do đó tổng thời gian để leo hết 5,67 mét và trở về điểm xuất phát gấp đôi thời gian tối đa:

t _bay = 2,15 s.

-Bài tập 2

Hình bên cho thấy một khối gỗ khối lượng M được treo ở trạng thái dừng bằng dây có chiều dài ở chế độ con lắc. Đây được gọi là con lắc đạn đạo và được dùng để đo vận tốc v khi đi vào viên đạn có khối lượng m. Viên đạn chạm vào khối càng nhanh thì nó sẽ tăng h càng cao.

Viên đạn trong hình ảnh được nhúng trong khối, do đó nó là một cú sốc hoàn toàn không đàn hồi.

Hình 4. Con lắc đạn đạo.

Giả sử một viên đạn khối lượng 9,72 g bắn trúng vật khối lượng 4,60 kg thì tổ hợp dâng lên cách vị trí cân bằng 16,8 cm. Vận tốc v của viên đạn là bao nhiêu?

Giải pháp

Trong quá trình va chạm, động lượng được bảo toàn và u _f là vận tốc của toàn bộ, khi viên đạn đã nhúng vào khối:

Ban đầu khối đứng yên, trong khi viên đạn hướng vào mục tiêu với vận tốc v:

U _f vẫn chưa được xác định , nhưng sau va chạm, cơ năng được bảo toàn, đây là tổng của thế năng hấp dẫn U và động năng K:

Cơ năng ban đầu = Cơ năng cuối cùng

Thế năng trọng trường phụ thuộc vào độ cao mà bộ đạt tới. Đối với vị trí cân bằng, độ cao ban đầu là độ cao được lấy làm mức chuẩn, do đó:

Nhờ viên đạn mà bộ có động năng K _o , được chuyển thành thế năng trọng trường khi bộ đạt độ cao cực đại h. Động năng được cho bởi:

Ban đầu động năng là:

Hãy nhớ rằng viên đạn và khối đã tạo thành một vật thể duy nhất có khối lượng M + m. Thế năng trọng trường khi chúng đạt độ cao cực đại là:

Như vậy:

-Bài tập 3

Vật thể trong hình này nổ thành ba mảnh: hai mảnh có khối lượng bằng nhau và một mảnh lớn hơn có khối lượng 2m. Hình cho thấy vận tốc của mỗi mảnh vỡ sau vụ nổ. Vận tốc ban đầu của vật là bao nhiêu?

Hình 5. Viên đá phát nổ thành 3 mảnh. Nguồn: tự làm.

Giải pháp

Bài toán này yêu cầu sử dụng hai tọa độ: x và y, vì hai trong số các mảnh có vận tốc thẳng đứng, trong khi phần còn lại có vận tốc ngang.

Tổng khối lượng của vật là tổng khối lượng của tất cả các mảnh:

Động lượng được bảo toàn theo cả trục x và trục y, nó được phát biểu riêng:

1. 4m. u _x = mv ₃
2. 4m. u _y = m. 2v ₁ - 2m. v ₁

Lưu ý rằng mảnh vỡ lớn di chuyển xuống với tốc độ v1, để chỉ ra điều này, một dấu hiệu tiêu cực đã được đặt trên nó.

Từ phương trình thứ hai, ngay sau đó là u _y = 0, và từ phương trình đầu tiên chúng ta giải ngay được ux:

Người giới thiệu

1. Giancoli, D. 2006. Vật lý: Các nguyên tắc với ứng dụng. 6 ^ngày . Ed Prentice Hall. 175-181
2. Rex, A. 2011. Cơ bản của Vật lý. Lề. 135-155.
3. Serway, R., Vulle, C. 2011. Cơ bản về Vật lý. 9 ^na Cengage Learning. 172-182
4. Tipler, P. (2006) Vật lý cho Khoa học và Công nghệ. Lần xuất bản thứ 5. Tập 1. Reverté biên tập. 217-238
5. Tippens, P. 2011. Vật lý: Khái niệm và Ứng dụng. Phiên bản thứ 7. Đồi MacGraw. 185-195