Войти
В физике столкновение - это любое событие, при котором два или более тела действуют заставляют друг друга примерно за относительно короткое время. Хотя наиболее распространенное использование слова «столкновение» относится к инцидентам, в которых два или более объекта сталкиваются с большой силой, научное использование этого термина ничего не говорит о величине силы.
Некоторые примеры физических взаимодействий, которые ученые считают столкновениями, следующие:
Некоторые разговорные использования Слово столкновение имеет следующий вид:
. В физике столкновения можно классифицировать по изменению общая кинетическая энергия системы до и после столкновения:
Отклонение происходит, когда объект ударяется о плоскую поверхность. Если кинетическая энергия после удара такая же, как и до удара, это упругое столкновение. Если кинетическая энергия потеряна, это неупругое столкновение. На диаграмме не показано, было ли проиллюстрированное столкновение упругим или неупругим, поскольку скорости не указаны. Самое большее, что можно сказать, это то, что столкновение не было совершенно неупругим, потому что в этом случае мяч мог бы прилипнуть к стене. Столкновение - это кратковременное взаимодействие между двумя телами или более чем двумя телами, одновременно вызывающее изменение движения при этом между ними действовали задействованные за счет внутренних сил органы. В столкновениях участвуют силы (есть изменение скорости ). Величина разницы скоростей непосредственно перед ударом называется скоростью закрытия . Все столкновения сохраняют импульс. Что отличает различные типы столкновений, так это то, что они также сохраняют кинетическую энергию. Линия удара - это линия, которая коллинеарна общей нормали к поверхностям, которые находятся ближе всего или контактируют во время удара. Это линия, вдоль которой действует внутренняя сила столкновения при ударе, и только по этой линии определяется коэффициент восстановления Ньютона. Столкновения бывают трех типов:
В частности, столкновения могут быть упругими, что означает сохранение как импульс, так и кинетическая энергия, или неупругая, что означает, что они сохраняют импульс, но не кинетическую энергию.
Неупругое столкновение иногда также называют пластическим. «Совершенно неупругое» столкновение (также называемое «идеально пластическим» столкновением) - это предельный случай неупругого столкновения, при котором два тела сливаются после удара.
Степень упругости или неупругости столкновения количественно определяется с помощью коэффициента восстановления, значения, которое обычно находится в диапазоне от нуля до единицы. Совершенно упругое столкновение имеет коэффициент восстановления, равный единице; абсолютно неупругое столкновение имеет нулевой коэффициент восстановления.
Есть два типа столкновений между двумя телами: 1) лобовое столкновение или одномерное столкновение - когда скорость каждого тела непосредственно перед столкновением находится вдоль линии столкновения, и 2) столкновения без лобового столкновения, косые столкновения или двухмерные столкновения - когда скорость каждого тела непосредственно перед столкновением не соответствует линии удара.
Согласно коэффициенту восстановления, существует два особых случая любого столкновения, как написано ниже:
При любом типе столкновения есть фаза, когда в какой-то момент сталкивающиеся тела имеют одинаковую скорость вдоль линии удара. Тогда кинетическая энергия тел уменьшается до минимума. во время этой фазы и может быть названа фазой максимальной деформации, для которой на мгновение коэффициент восстановления становится равным единице.
Столкновения в идеальных газах приближаются к идеально упругим столкновениям, как и рассеивающие взаимодействия субатомных частиц, которые отклоняются электромагнитной силой. Некоторые крупномасштабные взаимодействия, такие как гравитационные взаимодействия типа рогатки между спутниками и планетами, являются совершенно упругими.
Столкновения между твердыми сферами могут быть почти упругими, поэтому полезно рассчитать предельный случай упругого столкновения. Предположение о сохранении импульса, а также о сохранении кинетической энергии делает возможным вычисление конечных скоростей в столкновениях двух тел.
В морском праве иногда желательно проводить различие между ситуацией, когда судно ударяется о движущийся объект, и ситуацией, когда оно ударяется о неподвижный объект. Слово «столкновение» затем используется для обозначения столкновения с неподвижным объектом, а слово «столкновение» используется для обозначения удара движущегося объекта. Таким образом, когда два судна сталкиваются друг с другом, это называется столкновением, а когда одно судно сталкивается с другим, это считается столкновением. Неподвижным объектом также может быть мост или стыковка. Хотя между этими двумя терминами нет большой разницы и часто они даже используются как взаимозаменяемые, определение различия помогает прояснить обстоятельства чрезвычайных ситуаций и соответствующим образом адаптироваться. В деле Vane Line Bunkering, Inc. против Натали DM / V было установлено, что существовала презумпция, что движущееся судно виновато, и что «презумпция вытекает из здравого смысла наблюдения, что движущиеся суда обычно не столкнуться с неподвижными объектами, если только с [движущимся] судном не поступят неправильно ». Это также называется Правилом Орегона.
Относительно небольшое количество проблем, связанных со столкновениями, может быть решено аналитически; остальные требуют численных методов. Важной проблемой при моделировании столкновений является определение фактического столкновения двух объектов. Эта проблема называется обнаружение столкновений.
Столкновения играют важную роль в бильярдном спорте. Поскольку столкновения между бильярдными шарами почти упругие, и шары катятся по поверхности с низким трением качения, их поведение часто используется для иллюстрации законов движения Ньютона. После столкновения без трения движущегося шара с неподвижным шаром равной массы угол между направлениями двух шаров составляет 90 градусов. Это важный факт, который принимают во внимание профессиональные бильярдисты, хотя предполагается, что мяч движется без трения по столу, а не катится с трением. Рассмотрим упругое столкновение в двух измерениях любых двух масс m 1 и m 2 с соответствующими начальными скоростями u1и u2, где u2= 0, и конечными скоростями V1и V2. Сохранение количества движения дает m 1u1= m 1V1+ m 2V2. Сохранение энергии при упругом столкновении дает (1/2) m 1|u1| = (1/2) м 1|V1| + (1/2) м 2|V2|. Теперь рассмотрим случай m 1 = m 2 : получаем u1=V1+V2и | u1| = | V1| + | V2|. Взяв скалярное произведение каждой части предыдущего уравнения на себя, | u1| = u1•u1= | V1| + | V2| +2 V1•V2. Сравнение этого с последним уравнением дает V1•V2= 0, поэтому они перпендикулярны, если V1не является нулевым вектором (что происходит тогда и только тогда, когда столкновение происходит в лоб).
При совершенно неупругом столкновении, то есть при нулевом коэффициенте восстановления, сталкивающиеся частицы сливаются. Необходимо учитывать сохранение импульса:
где v - конечная скорость, которая, следовательно, определяется как
Уменьшение полной кинетической энергии равно полной кинетической энергии до столкновения в центре импульса по отношению к системе двух частиц, поскольку в такой системе отсчета кинетическая энергия после столкновения равна нулю. В этой системе отсчета большая часть кинетической энергии перед столкновением приходится на частицу с меньшей массой. В другом кадре, помимо уменьшения кинетической энергии, может происходить передача кинетической энергии от одной частицы к другой; тот факт, что это зависит от кадра, показывает, насколько это относительно. С обращением времени мы имеем ситуацию, когда два объекта отталкиваются друг от друга, например стрельба снарядом или ракетой с применением тяги (сравните вывод уравнения Циолковского для ракеты ).
Столкновения ступни или лапы животного с нижележащим субстратом обычно называют силами реакции земли. Эти столкновения неупругие, поскольку кинетическая энергия не сохраняется. Важной темой исследования в протезировании является количественная оценка сил, возникающих во время столкновений ступней с землей, связанных как с инвалидной, так и с нормальной походкой. Эта количественная оценка обычно требует, чтобы испытуемые прошли через силовую платформу (иногда называемую «силовой пластиной»), а также детализированные кинематические и динамические (иногда называемые кинетическими) анализ.
Столкновения могут использоваться в качестве экспериментального метода для изучения свойств материалов объектов и других физических явлений.
Объект может преднамеренно приземлиться на другое небесное тело, провести измерения и отправить его на Землю перед разрушением или позволить приборам в другом месте наблюдать эффект.. См., Например:
Пусть линейный, угловой и внутренний импульсы молекулы задаются набором r переменных {p i }. Тогда состояние молекулы может быть описано диапазоном δw i = δp 1δp2δp3... δp r. Таких диапазонов, соответствующих разным состояниям, много; конкретное состояние может быть обозначено индексом i. Таким образом, две молекулы, подвергающиеся столкновению, могут быть обозначены как (i, j) (такую упорядоченную пару иногда называют созвездием). Удобно предположить, что две молекулы оказывают незначительное влияние друг на друга, если их центр тяжести не приближается в пределах критическое расстояние b. Следовательно, столкновение начинается, когда соответствующие центры тяжести достигают этого критического расстояния, и завершается, когда они снова достигают этого критического расстояния на своем пути друг от друга. Согласно этой модели столкновение полностью описывается матрицей 
Типы атаки с помощью преднамеренного столкновения включают:
Атакующее столкновение с удаленным объектом может быть достигнуто метанием или запуском снаряда.
