المناهج

أنواع التصادمات

التصادم هو حدث يتم فيه نقل الزخم ، أو الطاقة الحركية من جسم إلى آخر ، والزخم (p) هو نتاج الكتلة والسرعة
(p = mv) ، الشاحنة الكبيرة التي تحشد 10000 كجم ، وتتحرك بسرعة 2 متر / ثانية ، لها نفس الزخم ، مثل السيارة المدمجة 1000 كجم ، وتتحرك بسرعة 20 مترًا / ثانية ، فكلاهما لديه ص = 20000 كجم م / ثانية.

والكمية الأخرى التي يمكن نقلها في التصادم هي الطاقة الحركية، والطاقة الحركية هي الطاقة للحركة ، يتم تعريفها على أنها K = (1/2) m v^2 ، العلاقة بين الطاقة الحركية والكتلة خطية ، مما يعني أن كتلة السيارة مضاعفة لديها ضعف الطاقة الحركية ، فالعلاقة بين الطاقة الحركية والسرعة متساويه ومتسارعه ، مما يعني أنه كلما زادت سرعتك ، زادت الطاقة الحركية بشكل كبير.

أنواع التصادمات بالفيزياء

وهناك نوعان عامان من التصادمات في الفيزياء هما :

  • التصادم المرن.
  • والتصادم غير المرن ، ويحدث التصادم غير المرن ، عندما يتصادم جسمان ، ولا يرتدان عن بعضهما البعض.

يتم الحفاظ على الزخم ، لأن الزخم الكلي لكلا الجسمين قبل وبعد الاصطدام هو نفسه ، ومع ذلك ، لا يتم الحفاظ على الطاقة الحركية ، ويتم تحويل بعض الطاقة الحركية إلى صوت ، وحرارة ، وتشوه للأجسام.

وتصادم السيارة عالي السرعة ، هو تصادم غير مرن ،  في المثال أعلاه ، إذا قمت بحساب زخم السيارات قبل الاصطدام ، وقمت بجمعها معًا ، فسيكون ذلك مساوياً للزخم بعد التصادم ، عندما تكون السيارتان عالقتين ، ومع ذلك  إذا حسبت الطاقة الحركية ، قبل وبعد الاصطدام ، فستجد أن بعضها تم تحويله إلى أشكال أخرى ، من الطاقة.

ويحدث الاصطدام المرن عندما (يرتد) الجسمان عندما يصطدمان ، والكرتان المطاطيتان هما مثال جيد على ذلك .

التصادم المرن

في التصادم المرن ، يتم الحفاظ على كل من الزخم والطاقة الحركية ، وتقريبا لا يتم فقدان أي طاقة ، بسبب الصوت أو الحرارة أو التشوه ، فتشوه الكرة المطاطية الأولى ، ولكن بعد ذلك ترتد بسرعة إلى شكلها السابق ، وتنقل كل الطاقة الحركية تقريبًا إلى الكرة الثانية.

كما يعمل مصد السيارة باستخدام هذا المبدأ لمنع الضرر ، في اصطدام منخفض السرعة ، تكون الطاقة الحركية صغيرة ، بما يكفي بحيث يمكن للمصد ، أن يتشوه ثم يرتد مرة أخرى ، وينقل كل الطاقة مباشرة إلى الحركة ، ولا يتم تحويل أي طاقة تقريبًا إلى حرارة ، أو ضوضاء أو تلف في جسم السيارة ، كما يحدث في التصادم غير المرن.

ومع ذلك ، غالبًا ما يتم تصنيع مصدات السيارات للانهيار ، فإذا كانت السرعة عالية بما يكفي ، ولا تستخدم فوائد التصادم المرن ، فالأساس المنطقي هو أنه إذا كنت ستصطدم بشيء بسرعة عالية ، فمن الأفضل السماح للطاقة الحركية بتفتيت المصد في تصادم غير مرن ، وذلك بدلاً من السماح للمصد بالاهتزاز ، عندما ترتد سيارتك في تصادم مرن ، وإن صنع مصداتهم بهذه الطريقة يفيد شركات السيارات: فهم يبيعونك مصدًا جديدًا ، ولا يمكنك مقاضاتهم بسبب الاصطدام.

فيزياء اصطدام السيارات

أثناء تحطم السيارة ، يتم نقل الطاقة من السيارة إلى أي شيء تصاب به ، سواء كانت مركبة أخرى ، أو جسمًا ثابتًا ، كما يمكن أن يؤدي نقل الطاقة هذا ، اعتمادًا على المتغيرات التي تغير حالات الحركة ، إلى إصابات وتلف السيارات والممتلكات ، والكائن الذي تم ضربه ، إما أن يمتص قوة الدفع عليه ، أو ربما ينقل تلك الطاقة مرة أخرى إلى السيارة التي ضربها ، كما يمكن أن يساعد التركيز على التمييز بين القوة ، والطاقة في تفسير الفيزياء المعنية.

القوة : الاصطدام بجدار

حوادث السيارات هي أمثلة واضحة على كيفية عمل قوانين نيوتن للحركة ، قانونه الأول للحركة ، المشار إليه أيضًا باسم قانون القصور الذاتي ، يؤكد أن الجسم المتحرك ، سيبقى في الحركة ما لم تعمل قوة خارجية عليه ، على العكس إذا كان الجسم في حالة استراحة ، فإنه سيبقى في حالة راحة ، حتى تعمل قوة غير متوازنة عليه.

فبالتفكير في موقف تصطدم فيه السيارة A ، بجدار ثابت غير قابل للكسر ، فيبدأ الوضع بالسيارة A تسير بسرعة (v) ، وعند الاصطدام بالجدار ، وتنتهي بسرعة ،  ويتم تعريف قوة هذا الموقف ، من خلال قانون نيوتن الثاني للحركة ، والذي يستخدم معادلة القوة يساوي تسارع الكتلة بمرات ، ففي هذه الحالة ، يكون التسارع (v – 0) / t  ، حيث  t هو أي وقت يستغرق السيارة A للتوقف.

وتمارس السيارة هذه القوة في اتجاه الجدار ، لكن الجدار ، الذي هو ثابت وغير قابل للكسر ، يمارس قوة متساوية على السيارة ، وفقًا لقانون نيوتن الثالث للحركة ، وهذه القوة المتساوية هي التي تجعل الأكورديون يرتفع أثناء التصادمات.

ومن المهم ملاحظة أن هذا نموذج مثالي ، حيث أن في حالة السيارة A ، إذا ارتطمت بالجدار وتوقفت على الفور ، فسيكون ذلك تصادمًا غير مرن تمامًا ، ونظرًا لأن الجدار لا ينكسر ، أو يتحرك على الإطلاق ، يجب أن تذهب القوة الكاملة للسيارة إلى الحائط في مكان ما.

إما أن يكون الجدار ضخمًا جدًا بحيث يتسارع ، أو يتحرك كمية غير محسوسة ، أو لا يتحرك على الإطلاق ، وفي هذه الحالة تعمل قوة التصادم على السيارة ، وعلى الكوكب بأكمله ، ومن الواضح أن هذا الأخير هو ضخم لدرجة أن التأثيرات لا تذكر. [2]

القوة : الاصطدام بسيارة

في حالة تصادم السيارة B مع السيارة C ، لدينا اعتبارات قوة مختلفة ، بافتراض أن السيارة B والسيارة C مرايا كاملة لبعضهما البعض (مرة أخرى ، هذا وضع مثالي للغاية) ، فإنهما سوف يتصادمان مع بعضهما البعض ، بنفس السرعة بالضبط ، ولكن في اتجاهات متعاكسة ، من الحفاظ على الزخم ، ونعلم أنه يجب أن يستريح كلاهما ، والكتلة هي نفسها ، وبالتالي فإن القوة التي تمر بها السيارة B والسيارة C متطابقة ، كما أنها مطابقة لتلك التي تعمل على السيارة،  في الحالة A في المثال السابق ، وهذا يفسر قوة التصادم ، ولكن هناك جزء ثان عن الطاقة داخل التصادم.

الطاقة

كما ذكرنا سابقًا القوة هي كمية متجهة ، بينما الطاقة الحركية هي كمية قياسية ، محسوبة بالصيغة K = 0.5 mv2 ، وفي الحالة الثانية أعلاه ، كل سيارة لديها طاقة حركية K مباشرة قبل الاصطدام ، وفي نهاية التصادم ، تكون كلتا السيارتين في حالة راحة ، وتبلغ الطاقة الحركية الإجمالية للنظام.

ونظرًا لأن هذه تصادمات غير مرنة ، لا يتم الحفاظ على الطاقة الحركية ، ولكن يتم الحفاظ على إجمالي الطاقة دائمًا ، لذلك يجب أن تتحول الطاقة الحركية (المفقودة) في التصادم إلى شكل آخر ، مثل الحرارة ، والصوت وما إلى ذلك.

ففي المثال الأول ، حيث تتحرك سيارة واحدة فقط ، تكون الطاقة المنبعثة أثناء التصادم هي K ، أما في المثال الثاني ، على الرغم من ذلك ، هناك سيارتان متحركتان ، لذا فإن الطاقة الإجمالية المنبعثة أثناء التصادم ، هي 2K ، لذا فإن الانهيار في الحالة B ، من الواضح أنه أكثر نشاطًا من الحالة A.

من السيارات إلى الجسيمات

وبالتفكير في الاختلافات الرئيسية بين الحالتين ، فعلى المستوى الكمي للجسيمات ، يمكن للطاقة والتبادل بين المواد بشكل أساسي ، أما فيزياء اصطدام السيارة لن تنبعث منها سيارة جديدة تمامًا مهما كانت نشطة ، بل سوف تواجه السيارة نفس القوة بالضبط ، في كلتا الحالتين ، والقوة الوحيدة التي تعمل على السيارة ، هي التباطؤ المفاجئ من سرعة v إلى 0 في فترة زمنية وجيزة ، بسبب الاصطدام بأداة أخرى.

ومع ذلك عند عرض النظام الكلي ، فإن التصادم في الوضع مع سيارتين ، يطلق طاقة مضاعفة مثل التصادم مع الجدار ، فإنه أعلى ، وأكثر سخونة ، وربما أكثر فوضى ، وفي جميع الاحتمالات ، انصهرت السيارات مع بعضها البعض ، وتطير القطع في اتجاهات عشوائية.

وهذا هو السبب في أن الفيزيائيين يسرعون الجسيمات في المصادم ، لدراسة الفيزياء عالية الطاقة ، وإن عملية اصطدام شعاعين من الجسيمات مفيد ، لأنه في تصادمات الجسيمات ، لا تهتم حقًا بقوة الجسيمات (التي لا تقيسها حقًا) ، فأنت تهتم بدلاً من ذلك بالطاقة الجسيمات.

كما يسرع مسرع الجسيمات الجسيمات ، ولكنه يفعل ذلك مع تحديد السرعة الحقيقية للغاية ، التي تمليها سرعة حاجز الضوء من نظرية النسبية لأينشتاين ، وللضغط على بعض الطاقة الإضافية للخروج من التصادمات ، بدلاً من اصطدام شعاع من جزيئات سرعة قريبة من الجسم ، بجسم ثابت ، ومن الأفضل اصطدامه بشعاع آخر من جزيئات سرعة قريبة ، من السير في الاتجاه المعاكس.

فمن وجهة نظر الجسيم، فإنها لا (تتحطم أكثر من ذلك بكثير) ، ولكن عندما يتصادم الجسيمان ، يتم إطلاق المزيد من الطاقة ، في تصادمات الجسيمات، يمكن أن تأخذ هذه الطاقة شكل جسيمات أخرى ، وكلما سحب المزيد من الطاقة من الاصطدام ، كلما كانت الجزيئات أكثر غرابة.

السابق
معلومات عن الحرارة الكامنة
التالي
الثوابت الفيزيائية الأساسية