Fizica unei coliziuni auto

În timpul unui accident de mașină, energia este transferată din vehicul către orice ar lovi, fie că este un alt vehicul sau un obiect staționar. Acest transfer de energie, în funcție de variabile care modifică stările de mișcare, poate provoca răni și deteriora mașinile și proprietățile. Obiectul care a fost lovit va absorbi impulsul de energie asupra acestuia sau va transfera energia înapoi în vehiculul care a lovit-o. Concentrarea pe distincția dintre forta și energie poate ajuta la explicarea fizicii implicate.

Accidentele de mașini sunt exemple clare despre cum Legile mișcării lui Newton muncă. Prima sa lege de mișcare, denumită și legea inerției, afirmă că un obiect în mișcare va rămâne în mișcare, cu excepția cazului în care o forță externă nu acționează asupra sa. În schimb, dacă un obiect este în repaus, acesta va rămâne în repaus până când o forță dezechilibrată va acționa asupra lui.

Luați în considerare o situație în care mașina A se ciocnește cu un perete static, care nu poate fi spart. Situația începe cu mașina A care călătorește cu viteză (v

Mașina exercită această forță în direcția peretelui, dar peretele, care este static și de rupt, exercită o forță egală înapoi asupra mașinii, conform celei de-a treia legi de mișcare a lui Newton. Această forță egală este cea care determină autovehiculele să se acorde în timpul coliziunilor.

Este important să rețineți că acesta este un model idealizat. În cazul mașinii A, în cazul în care trântește în perete și se oprește imediat, aceasta ar fi o coliziune perfect inelastică. Deoarece peretele nu se sparge și nu se mișcă deloc, forța completă a mașinii în perete trebuie să meargă undeva. Fie peretele este atât de masiv încât accelerează, sau mișcă o sumă imperceptibilă, sau nu se mișcă deloc, caz în care forța coliziunii acționează asupra mașinii și a întregii planete, cea din urmă fiind, evident, atât de masivă încât efectele sunt neglijabil.

Într-o situație în care mașina B se ciocnește cu mașina C, avem diferite considerente de forță. Presupunând că mașina B și mașina C sunt oglinzi complete între ele (din nou, aceasta este o situație extrem de idealizată), s-ar ciocni între ele mergând exact la aceeași viteză dar în direcții opuse. Din conservarea impulsului, știm că ei trebuie să se odihnească amândoi. Masa este aceeași, prin urmare, forța experimentată de mașina B și mașina C este identică și, de asemenea, identică cu cea care acționează asupra mașinii în cazul A din exemplul precedent.

Acest lucru explică forța coliziunii, dar există oa doua parte a întrebării: energia din coliziune.

Forța este a vector cantitate în timp energie kinetică este un cantitatea scalară, calculat cu formula K = 0,5mv². În a doua situație de mai sus, fiecare mașină are energie cinetică K direct înainte de coliziune. La sfârșitul coliziunii, ambele mașini sunt în repaus, iar energia cinetică totală a sistemului este 0.

De vreme ce acestea sunt coliziuni inelastice, energia cinetică nu este conservată, dar energie totală este întotdeauna conservată, astfel încât energia cinetică „pierdută” în coliziune trebuie să se transforme într-o altă formă, cum ar fi căldura, sunetul etc.

În primul exemplu în care se deplasează o singură mașină, energia eliberată în timpul coliziunii este K. În al doilea exemplu, însă, două sunt mașini care se deplasează, astfel încât energia totală eliberată în timpul coliziunii este de 2K. Deci, accidentul în cazul B este în mod clar mai energic decât accidentul din cazul A.

Luați în considerare diferențele majore dintre cele două situații. La nivel cuantic de particule, energia și materia se pot schimba practic între stări. Fizica unei coliziuni auto nu va emite niciodată, oricât de energic, o mașină complet nouă.

Mașina ar experimenta exact aceeași forță în ambele cazuri. Singura forță care acționează asupra mașinii este decelerarea bruscă de la v la 0 viteză într-o perioadă scurtă de timp, din cauza coliziunii cu un alt obiect.

Cu toate acestea, la vizualizarea sistemului total, coliziunea în situația cu două mașini degajă de două ori mai multă energie decât coliziunea cu un perete. Este mai tare, mai cald și probabil mai dezordonat. După toate probabilitățile, mașinile s-au topit între ele, piese zburând în direcții aleatorii.

Acesta este motivul pentru care fizicienii accelerează particulele dintr-un colector pentru a studia fizica cu energie mare. Actul de a ciocni două fascicule de particule este util, deoarece în coliziunile de particule nu vă pasă cu adevărat forța particulelor (pe care nu le măsurați niciodată); în schimb vă pasă de energia particulelor.

Un accelerator de particule accelerează particulele, dar o face cu o limitare de viteză foarte reală dictată de viteza de barieră a luminii de la Teoria relativității a lui Einstein. Pentru a stoarce o cantitate suplimentară de energie din coliziuni, în loc să ciocnească un fascicul de particule cu viteză aproape de lumină cu un obiect staționar, este mai bine să-l ciocnești cu un alt fascicul de particule cu viteză aproape de lumină care merge invers direcţie.

Din punctul de vedere al particulelor, acestea nu „mai spulbește mai mult”, dar când cele două particule se ciocnesc, se eliberează mai multă energie. În coliziunile de particule, această energie poate lua forma altor particule, și cu cât energie scoți din coliziune, cu atât sunt mai exotice particulele.