Liikemäärän säilyminen törmäyksessä
Liikemäärän säilyminen törmäyksessä
Oheisessa sovelmassa voit tutkia nopeuksien muutoksia erilaisissa törmäyksissä.
Saat sovelman käynnistymään, kun painat vasemmassa alakulmassa olevaa play-nappia. Alusta-painike palauttaa sovelman alkuperäiseen tilanteeseen. Voit muuttaa törmäyksen laatua sekä kappaleiden alkunopeuksia ja massoja.
Tarkastellaan tilannetta, jossa alkuarvot valitaan seuraavasti:
punaiselle kappaleelle [[$m_1=\text{2,1 kg}$]] ja [[$v_{A1}=\text{2,6 m/s}$]]
vihreälle kappaleelle [[$m_2=10\text{ kg}$]] ja [[$v_{B1}=-5\text{ m/s}$]].
Positiiviseksi suunnaksi on valittu vasemmalta oikealle, jolloin punaisen kappaleen nopeus on positiivinen ja vihreän negatiivinen. Kappaleiden kokonaisliikemäärä alussa on
[[$ \begin{align*} \quad p_\text{alku}&=m_1v_{A1}+m_2v_{B1} \\ \, \\ &=\text{2,1 kg}\cdot \text{2,6 m/s}+10\text{ kg}\cdot\left(-5\text{ m/s}\right)=-\text{44,54 kg m/s}\end{align*} $]]
Valitaan simulaatiosta kappaleiden takertuvan toisiinsa. Tällöin simulaatio ilmoittaa kummankin loppunopeudeksi –3,68 m/s. Tarkastetaan:
[[$ \begin{align*} \quad p_\text{loppu}&=m_1v_{A2}+m_2v_{B2} \\ \, \\ &=\text{2,1 kg}\cdot\left(-\text{3,68 m/s}\right)+10\text{ kg}\cdot\left(-\text{3,68 m/s}\right)=-\text{44,528 m/s} \\ \end{align*} $]]
Alkuarvojen tarkkuudella liikemäärät ovat samat.
Liikemäärän säilymislaki voidaan kirjoittaa törmäystilanteessa seuraavasti:
[[$ \begin{align*}\quad p_\text{loppu}&=p_\text{alku} \\ \, \\ \quad m_Av_{A2}+m_Bv_{B2}&=m_Av_{A1}+m_Bv_{B1} \\ \end{align*} $]]
Kun kappaleet takertuvat, niillä on sama loppunopeus. Tällöin loppunopeus on ainoa tuntematon yhtälössä, ja se voidaan ratkaista. Tähän perustuu simulaation ilmoittama loppunopeus.
Jos kappaleet kimpoavat, loppunopeudet ovat erisuuret ja yhtälössä on kaksi tuntematonta. Liikemäärän säilymislaki ei pelkästään riitä loppunopeuksien ratkaisemiseen. Tarvitaan tieto, että myös liike-energia säilyy törmäyksessä. Tästä saadaan toinen yhtälö, ja simulaatio ratkaisee loppunopeudet yhtälöparista. Tällaisiin tilanteisiin palataan kurssin lopussa käsiteltäessä eri energialajeja.