Auto kokkupõrke füüsika

Autoõnnetuse ajal kandub sõiduk sõidukist üle ükskõik kuhu, kuhu see põrkub, olgu see siis mõni muu sõiduk või statsionaarne ese. See energiaülekanne, sõltuvalt liikumisseisundit muutvatest muutujatest, võib põhjustada vigastusi ja kahjustada autosid ja vara. Löögi saanud objekt neelab sellel oleva energia tõukejõu või kannab selle energia võimalikuks tagasi sõidukisse, mis selle vastu lõi. Keskendumine eristamisele jõud ja energia võib aidata selgitada kaasatud füüsikat.

Autoõnnetused on selged näited sellest, kuidas Newtoni liikumisseadused töö. Tema esimene liikumisseadus, mida nimetatakse ka inertsiseaduseks, kinnitab, et liikuv objekt jääb liikuma, kui sellele ei mõju väline jõud. Ja vastupidiselt, kui objekt on puhkeasendis, jääb see puhkeolekusse, kuni tasakaalutu jõud sellele reageerib.

Mõelge olukorrale, kus auto A põrkub kokku staatilise, purunematu seinaga. Olukord algab autoga A, mis sõidab kiirusega (v) ja seinaga kokkupõrkel lõppedes kiirusega 0. Selle olukorra jõud on määratletud Newtoni teise liikumisseadusega, milles kasutatakse jõu võrrandit, mis võrdub mass korda kiirendusega. Sel juhul on kiirendus (v - 0) / t, kus t on ükskõik milline aeg, mille jooksul auto A peatub.

Auto avaldab seda jõudu seina suunas, kuid staatiline ja purunematu sein avaldab Newtoni kolmanda liikumisseaduse kohaselt sama suure jõu tagasi autole. See võrdne jõud põhjustab autode kokkupõrgete ajal akordioni.

Oluline on märkida, et see on idealiseeritud mudel. Kui auto A süveneb seina ja jõuab kohese peatumiseni, siis see oleks a täiesti elastse kokkupõrge. Kuna sein ei purune ega liigu üldse, peab auto täielik jõud seina sisse minema kuskile. Kas sein on nii massiivne, et see kiirendab, või liigutab tajutamatut suurust, või siis see ei liigu üldse, sel juhul kokkupõrke jõud mõjub nii autole kui ka kogu planeedile, millest viimane on ilmselgelt nii suur, et tagajärjed on ebaoluline.

Olukorras, kus auto B põrkub kokku autoga C, on meil erinevad jõukaalutlused. Eeldusel, et auto B ja auto C on üksteise täielikud peeglid (jällegi on see väga idealiseeritud olukord), põrkuksid nad omavahel täpselt samal viisil kiirus kuid vastassuundades. Hoogsuse säilitamisest teame, et mõlemad peavad puhkama. Mass on sama, seetõttu on auto B ja auto C kogetav jõud identsed ning samuti identsed eelmises näites juhitud auto puhul autoga mõjuva jõuga.

See seletab kokkupõrke jõudu, kuid küsimuses on teine ​​osa: kokkupõrke sees olev energia.

Jõud on a vektor kogus samal ajal kineetiline energia on skalaarne kogus, arvutatuna valemiga K = 0,5 mv². Ülaltoodud teises olukorras on igal autol kineetiline energia K vahetult enne kokkupõrget. Kokkupõrke lõpus on mõlemad autod puhkeasendis ja süsteemi kogu kineetiline energia on 0.

Kuna need on elastsed kokkupõrked, kineetiline energia ei ole säilinud, kuid koguenergia on alati konserveeritud, nii et kokkupõrkel "kaotatud" kineetiline energia peab teisendama mingiks muuks vormiks, näiteks kuumus, heli jne.

Esimeses näites, kus liigub ainult üks auto, on kokkupõrke ajal vabanev energia K. Teises näites aga liigub kaks autot, nii et kokkupõrke ajal eraldub kogu energia 2K. Seega on krahh juhtumi B korral energilisem kui juhtumi A krahh.

Mõelge kahe olukorra peamistele erinevustele. Juures kvanttasand osakeste, energia ja aine võivad põhimõtteliselt olekute vahel vahetuda. Autos kokkupõrke füüsika ei eralda kunagi, ükskõik kui energiline, täiesti uut autot.

Autol oleks mõlemal juhul täpselt sama jõud. Ainus autole mõjuv jõud on teise objektiga kokkupõrke tagajärjel lühikese aja jooksul tekkiv järsk aeglustumine kiirusest v kuni 0 kiiruseni.

Kuid kogu süsteemi vaadates vabastab kahe autoga tekkinud kokkupõrge kaks korda rohkem energiat kui kokkupõrge seinaga. See on valjem, kuumem ja tõenäoliselt rämedam. Suure tõenäosusega on autod üksteisega sulanud, tükid lendavad juhuslikes suundades.

See on põhjus, miks füüsikud kiirendavad osakeste olemasolu põrkeseadmes, et uurida suure energiaga füüsikat. Osakeste kahe tala põrkumine on kasulik, sest osakeste kokkupõrke puhul ei huvita te tegelikult osakeste jõudu (mida te kunagi ei mõõda); sa hoolid hoopis osakeste energiast.

Osakeste kiirendaja kiirendab osakesi, kuid teeb seda väga reaalse kiirusepiiranguga, mille dikteerib valgustusbarjääri kiirus alates Einsteini relatiivsusteooria. Mõne lisaenergia pigistamiseks kokkupõrgetest välja, selle asemel, et põrutada peaaegu valguse kiirusega osakeste valgusvihk paigalseisva objekti korral on parem põrutada see vastupidise kiirusega peaaegu valguse käes liikuvate osakeste teise valgusvihuga suund.

Osakeste seisukohast ei purune nad enam nii palju, kuid kui kaks osakest kokku põrkuvad, eraldub rohkem energiat. Osakeste kokkupõrgetel võib see energia esineda teiste osakeste kujul ja mida rohkem energiat kokkupõrkest välja tõmmata, seda eksootilisemad osakesed on.