ΚΡΟΥΣΕΙΣ

ΚΡΟΥΣΕΙΣ 

ΚΡΟΥΣΕΙΣ 

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Η  ταχύτητα και η επιτάχυνση των σωμάτων ανήκουν στην κατηγορία των μεγεθών που  δεν έχουν μια μόνο τιμή.Η τιμή τους εξαρτάται από το πού βρίσκεται εκείνος που τα μετράει.Έτσι,ο επιβάτης του τρένου  νομίζει ότι ο συνεπιβάτης του είναι ακίνητος,όμως ένας παρατηρητής στην αποβάθρα του σταθμού τον βλέπει να κινείται με την ταχύτητα του τρένου.

O επιβάτης του τρένου  νομίζει ότι ο συνεπιβάτης του είναι ακίνητος,όμως ένας παρατηρητής στην αποβάθρα του σταθμού τον βλέπει να κινείται με την ταχύτητα του τρένου

 Θα μελετήσουμε ένα πείραμα για να δούμε τι συμβαίνει στην σύγκρουση δύο σωμάτων.Θεωρούμε το μονωμένο σύστημα που αποτελείται από το αμαξάκι (1) με μάζα m1 και το αμαξάκι (2) με μάζα m2.Τα δύο αμαξάκια ηρεμούν πάνω σ' ένα μια λεία επιφάνεια  και γνωρίζουμε επίσης ότι m1<m2.

β), δ)Οι ταχύτητες πριν από την κρούση γ), ε),Οι ταχύτητες μετά την κρούση έχουν αλλάξει.

 Σπρώχνουμε το πρώτο αμαξάκι και θα αρχίσει να κινείται.Στη συνέχεια θα χτυπήσει το δεύτερο και μετά τα δύο αμαξάκια θα κινούνται έστω σε αντίθετες κατευθύνσεις με διαφορετικές ταχύτητες.Μπορούμε να σπρώξουμε ταυτόχρονα τα δύο αμαξάκια, ώστε αυτά να πλησιάσουν το ένα το άλλο.Ανάλογα με τις ταχύτητες που θα δώσουμε μπορεί να προκύψουν μετά τη σύγκρουση διάφορα αποτελέσματα.

ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΚΡΟΥΣΗΣ

 Όλες οι περιπτώσεις που μελετήσαμε ανήκουν σε μία γενικότερη κατηγορία φαινομένων τα οποία ονομάζονται φαινόμενα κρούσης. 

 Κρούση ονομάζεται το φυσικό φαινόμενο της άσκησης μεγάλων δυνάμεων μεταξύ δύο σωμάτων για πολύ μικρό χρονικό διάστημα. 

Κρούση ονομάζεται το φυσικό φαινόμενο της άσκηση μεγάλων δυνάμεων μεταξύ δύο σωμάτων για πολύ μικρό χρονικό διάστημα

 Παραδείγματα κρούσεων είναι:
α) η σύγκρουση δύο αυτοκινήτων, 
β) το σφήνωμα του βλήματος στο στόχο,
γ) η σύγκρουση των σφαιρών του μπιλιάρδου,
δ) ο βομβαρδισμός των πυρήνων των ατόμων με σωματίδια,όπως τα πρωτόνια,κ.τ.λ. 

Παράδειγμα κρούσης είναι η σύγκρουση δύο αυτοκινήτων

 Στην μηχανική με τον όρο κρούση εννοούμε τη σύγκρουση δύο σωμάτων,που διαρκεί ελάχιστο χρόνο και συνοδεύεται με την εμφάνιση μεγάλων δυνάμεων μεταξύ των σωμάτων που έρχονται σε επαφή.

Η σύγκρουση των σφαιρών του μπιλιάρδου είναι φαινόμενο κρούσης

 Στην ατομική και πυρηνική φυσική η έννοια της κρούσης επεκτείνεται,ώστε να περιλάβει και άλλα φαινόμενα.Για παράδειγμα,όταν ένα σωματίδιο α κινείται προς τον πυρήνα,η δύναμη που ασκείται μεταξύ τους είναι απωστική ηλεκτρική δύναμη,που οφείλεται στα θετικά φορτία.Το σωμάτιο και ο πυρήνας μπορεί να μην έρθουν σε επαφή,άλλα επειδή η μεταξύ τους δύναμη είναι πολύ μεγάλη και διαρκεί για πολύ λίγο χρόνο,όπως και κατά την σύγκρουση δύο υλικών σωμάτων,εξακολουθούμε να μιλάμε για κρούση.

Ένα σωματίδιο α κινείται προς τον πυρήνα.Η δύναμη που ασκείται μεταξύ τους είναι απωστική ηλεκτρική δύναμη,που οφείλεται στα θετικά φορτία

 Μπορούμε να περιγράφουμε όλα αυτά τα φαινόμενα με έναν απλό και ενιαίο τρόπο γιατί:

α) τα σώματα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους,

β) μπορούμε να θεωρήσουμε ότι αποτελούν ένα μονωμένο σύστημα.

 Για να απλοποιήσουμε ένα πολύπλοκο σύστημα θα πρέπει να θεωρούμε το σύστημα μονωμένο.Στην περίπτωση των αυτοκινήτων στην οποία οι εξωτερικές δυνάμεις δεν έχουν συνισταμένη μηδέν,επειδή υπάρχουν τριβές,οι δυνάμεις που αναπτύσσονται κατά τη σύγκρουση είναι τόσο μεγάλες ώστε μπορούμε να αγνοήσουμε όλες τις εξωτερικές δυνάμεις.

ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΚΡΟΥΣΗΣ

 Η κρούση παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον κυρίως στην ατομική και πυρηνική φυσική,όπου μελετώντας τα αποτελέσματα της κρούσης πυρήνων με ταχέως κινούμενα σωματίδια είναι δυνατό να πάρουμε πληροφορίες και να βγάλουμε συμπεράσματα για την δομή και το είδος των πυρήνων.

Η κρούση παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον κυρίως στην ατομική και πυρηνική φυσική

 Για παράδειγμα η μελέτη της κρούσης ταχέως κινούμενων σωματιδίων α με λεπτά φύλλα Βηρυλλίου οδήγησε στο συμπέρασμα ότι στον πυρήνα των στοιχείων υπάρχει ένα αφόρτιστο σωματίδιο που έχει μάζα ίση με τη μάζα του πρωτονίου και ονομάστηκε νετρόνιο.

Από τη μελέτη της κρούσης των μορίων ενός αερίου με τα τοιχώματα του δοχείου στο οποίο περιέχεται,μπορούμε να υπολογίσουμε την πίεση του

 Επίσης από τη μελέτη της κρούσης των μορίων ενός αερίου με τα τοιχώματα του δοχείου στο οποίο περιέχεται,μπορούμε να υπολογίσουμε την πίεση του..

ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΤΩΝ ΚΡΟΥΣΕΩΝ

 Όταν δύο σώματα συγκρούονται, για παράδειγμα όταν χτυπάνε δύο μπάλες του μπιλιάρδου,η κινητική κατάστασή τους ή τουλάχιστον ενός από αυτά μεταβάλλεται απότομα.Οι απότομες αυτές αλλαγές της κίνησης προκαλούνται από τις ισχυρές δυνάμεις που αναπτύσσονται ανάμεσα στα σώματα που συγκρούονται,κατά τη διάρκεια της επαφής τους.

Κρούση ανάμεσα σε δύο μπάλες μπιλιάρδου

 Η έννοια της κρούσης έχει επεκταθεί και στο μικρόκοσμο όπου συμπεριλαμβάνει και φαινόμενα όπου τα "συγκρουόμενα" σωματίδια δεν έρχονται σε επαφή.Για παράδειγμα όταν ένα σωματίδιο α  (πυρήνας He) κινείται προς ένα άλλο πυρήνα (Π),οι αλληλεπιδράσεις τους,που είναι πολύ ασθενείς όταν βρίσκονται μακριά,γίνονται πολύ ισχυρές όταν τα σωματίδια πλησιάσουν με αποτέλεσμα την απότομη αλλαγή στην κινητική τους κατάσταση.

Κρούση ενός σωματίου α, με αρχικά ακίνητο πυρήνα

 Η χρονική διάρκεια μεταβολής της κινητικής τους κατάστασης είναι πολύ μικρή.Αν μπορούσαμε  να κινηματογραφήσουμε το φαινόμενο θα βλέπαμε ότι μοιάζει με τη σύγκρουση  δύο σωμάτων,μόνο που  εδώ τα σώματα δεν έρχονται σε επαφή.Ονομάζουμε,λοιπόν,κρούση και κάθε φαινόμενο του μικρόκοσμου,στο οποίο τα "συγκρουόμενα" σωματίδια,αλληλεπιδρούν με σχετικά μεγάλες δυνάμεις για πολύ μικρό χρόνο.

 Δύο σωμάτια α συγκρούονται.Το ένα,πριν την κρούση,ήταν πρακτικά ακίνητο

 Το φαινόμενο αυτό στη σύγχρονη φυσική ονομάζεται και σκέδαση. 

 Ανάλογα με τη διεύθυνση που κινούνται τα σώματα πριν συγκρουστούν οι κρούσεις διακρίνονται σε κεντρικές,έκκεντρες και πλάγιες.

Κεντρική κρούση μεταξύ δύο σφαιρών

 Κεντρική,(ή μετωπική) ονομάζεται η κρούση κατά την οποία τα διανύσματα των ταχυτήτων των κέντρων μάζας των σωμάτων που συγκρούονται βρίσκονται  πάνω στην ίδια ευθεία.Αν τα σώματα που συγκρούονται είναι σφαίρες και η κρούση τους είναι κεντρική, οι ταχύτητές τους μετά την κρούση θα βρίσκονται επίσης στην ίδια (αρχική) διεύθυνση.

α) έκκεντρη κρούση,
β) πλάγια κρούση

 Έκκεντρη,ονομάζεται η κρούση στην οποία οι ταχύτητες των κέντρων μάζας των  σωμάτων που συγκρούονται είναι παράλληλες.

Πλάγια ονομάζεται η κρούση αν οι  ταχύτητες των σωμάτων βρίσκονται σε τυχαίες  διευθύνσεις

 Πλάγια ονομάζεται η κρούση αν οι  ταχύτητες των σωμάτων βρίσκονται σε τυχαίες  διευθύνσεις.

Η  ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΟΡΜΗΣ ΣΤΙΣ ΚΡΟΥΣΕΙΣ

 Επειδή η κρούση είναι ένα φαινόμενο που διαρκεί πολύ λίγο χρόνο,οι ωθήσεις των  εξωτερικών  δυνάμεων-αν  υπάρχουν-είναι αμελητέες κατά τη διάρκεια της κρούσης.Το σύστημα των σωμάτων που συγκρούονται μπορεί να θεωρηθεί μονωμένο,για τη χρονική διάρκεια της κρούσης,επομένως η ορμή του συστήματος διατηρείται.

 Η ορμή ενός συστήματος σωμάτων,κατά τη διάρκεια της κρούσης,διατηρείται.

 Αν ρπριν η ορμή του συστήματος αμέσως πριν  την κρούση και pμετά η ορμή του συστήματος αμέσως μετά την κρούση,ισχύει: 

                                                                       pπριν=pμετά

Η  ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΙΣ ΚΡΟΥΣΕΙΣ

 Κατά τη σύγκρουση  δύο σωμάτων ένα μέρος της μηχανικής τους ενέργειας μετατρέπεται σε θερμότητα.Στην ιδανική περίπτωση που η μηχανική ενέργεια των σωμάτων δε μεταβάλλεται με την κρούση,η κρούση ονομάζεται ελαστική.Επειδή η κρούση είναι ένα φαινόμενο αμελητέας χρονικής διάρκειας, η δυναμική ενέργεια των  σωμάτων-που εξαρτάται από τη θέση τους στο χώρο- δε μεταβάλλεται.
 Επομένως:

 Ελαστική είναι η κρούση στην οποία διατηρείται η κινητική ενέργεια του συστήματος  των  συγκρουόμενων σωμάτων.

Στην ελαστική κρούση η κινητική ενέργεια παραμένει σταθερή

 Στο μακρόκοσμο η ελαστική κρούση αποτελεί μια εξιδανίκευση.Προσεγγιστικά ελαστική μπορεί  να θεωρηθεί η κρούση ανάμεσα σε δύο πολύ σκληρά σώματα,όπως ανάμεσα σε  δύο μπάλες του μπιλιάρδου.Στο μικρόκοσμο όμως έχουμε κρούσεις απολύτως ελαστικές όπως αυτή που περιγράψαμε προηγουμένως ανάμεσα στο σωμάτιο α και τον πυρήνα.

Στην ανελαστική κρούση η κινητική ενέργεια μετά την κρούση ελαττώνεται

 Ανελαστική,ονομάζεται η κρούση στην οποία ένα μέρος της αρχικής κινητικής ενέργειας  των σωμάτων μετατρέπεται σε θερμότητα.

 Μία υποπερίπτωση της ανελαστικής κρούσης είναι η πλαστική κρούση κατά την οποία τα δύο σώματα μετά την κρούση ενώνονται σε ένα συσσωμάτωμα.Αυτή η κρούση ονομάζεται πλαστική.