Bir Araba Çarpışmasının Fiziği

Bir araba kazası sırasında, enerji araçtan vurduğu her şeye, başka bir araç veya sabit bir nesne olarak aktarılır. Bu enerji transferi, hareket durumlarını değiştiren değişkenlere bağlı olarak, yaralanmalara ve arabalara ve eşyalara zarar verebilir. Vurulan nesne ya üzerine itilen enerjiyi emer ya da muhtemelen bu enerjiyi onu vuran araca geri aktarır. Arasındaki ayrım odaklanmak güç ve enerji ilgili fiziğin açıklanmasına yardımcı olabilir.

Araba kazaları, Newton Hareket Yasaları iş. Atalet yasası olarak da adlandırılan ilk hareket yasası, hareket halindeki bir nesnenin, harici bir kuvvet üzerinde hareket etmediği sürece hareket halinde kalacağını iddia eder. Tersine, eğer bir nesne hareketsizse, dengesiz bir kuvvet üzerine etki edene kadar hareketsiz kalacaktır.

A otomobilinin statik, kırılmaz bir duvarla çarpıştığı bir durumu düşünün. Durum A otomobilinin bir hızda hareket etmesi ile başlar (v) ve duvarla çarpıştıktan sonra 0 hızıyla biter. Bu durumun kuvveti Newton'un kuvvet denklemini kullanan ikinci hareket yasası tarafından tanımlanır ve kütle çarpımına ivme kazandırır. Bu durumda, hızlanma (v - 0) / t'dir; burada t, A otomobilinin durması için geçen süredir.

Araba bu kuvveti duvar yönünde uygular, ancak statik ve kırılmaz olan duvar, Newton'un üçüncü hareket yasasına göre arabanın üzerine eşit bir kuvvet uygular. Bu eşit kuvvet, çarpışmalar sırasında otomobillerin akordeonlaşmasına neden oluyor.

Bunun bir idealize model. Araba A durumunda, duvara çarpıp hemen durursa, bu bir mükemmel esnek olmayan çarpışma. Duvar kırılmadığından veya hareket etmediğinden, arabanın duvara doğru tüm kuvveti bir yere gitmelidir. Duvar o kadar büyüktür ki hızlanır veya algılanamaz bir miktarı hareket ettirir veya hiç hareket etmez, bu durumda Çarpışmanın gücü arabaya ve tüm gezegene etki eder, ikincisi açıkçası, etkileri o kadar büyüktür ki ihmal edilebilir.

B arabasının C otomobiliyle çarpıştığı bir durumda, farklı güç hususlarımız vardır. Araba B ve araba C'nin birbirinin tam aynası olduğunu varsayarsak (yine, bu oldukça idealize bir durumdur), birbirleriyle tam olarak aynı şekilde çarpışırlardı hız ancak zıt yönlerde. Momentumun korunmasından, ikisinin de dinlenmeleri gerektiğini biliyoruz. Kütle aynıdır, bu nedenle, araba B ve araba C tarafından tecrübe edilen kuvvet aynıdır ve ayrıca önceki örnekte A durumunda arabaya etkiyen kuvvetle aynıdır.

Bu, çarpışmanın gücünü açıklar, ancak sorunun ikinci bir kısmı vardır: çarpışma içindeki enerji.

Kuvvet bir vektör süre kinetik enerji bir skaler miktar, K = 0.5mv formülüyle hesaplanır². Yukarıdaki ikinci durumda, her arabanın çarpışmadan hemen önce kinetik enerjisi K vardır. Çarpışmanın sonunda, her iki araba da dinleniyor ve sistemin toplam kinetik enerjisi 0.

Bunlar esnek olmayan çarpışmalar, kinetik enerji korunmaz, ama toplam enerji her zaman korunur, bu yüzden çarpışmada "kaybedilen" kinetik enerji ısı, ses vb. gibi başka bir forma dönüştürmek zorundadır.

Sadece bir arabanın hareket ettiği ilk örnekte, çarpışma sırasında açığa çıkan enerji K'dir. Bununla birlikte, ikinci örnekte, ikisi hareketli arabalardır, bu nedenle çarpışma sırasında açığa çıkan toplam enerji 2K'dır. Dolayısıyla B durumundaki çökme, A çöküşünden açıkça daha enerjiktir.

İki durum arasındaki büyük farklılıkları göz önünde bulundurun. At kuantum seviyesi parçacıklar, enerji ve madde temelde durumlar arasında değişebilir. Bir araba çarpışmasının fiziği, ne kadar enerjik olursa olsun, tamamen yeni bir araba yaymaz.

Araba her iki durumda da aynı kuvvete maruz kalacaktı. Arabaya etkiyen tek kuvvet, başka bir nesnenin çarpışması nedeniyle kısa sürede v'den 0'a ani yavaşlamadır.

Bununla birlikte, toplam sistemi görüntülerken, iki araçlı durumdaki çarpışma, duvardaki çarpışmadan iki kat daha fazla enerji açığa çıkarır. Daha yüksek, daha sıcak ve muhtemelen daha karışıktır. Her durumda, arabalar birbirine karıştı, parçalar rastgele yönlerde uçtu.

Bu yüzden fizikçiler yüksek enerjili fiziği incelemek için bir çarpıştırıcıdaki parçacıkları hızlandırırlar. İki parçacık demeti çarpma eylemi yararlıdır, çünkü parçacık çarpışmalarında parçacıkların kuvvetini gerçekten önemsemezsiniz (asla gerçekten ölçmediğiniz); bunun yerine parçacıkların enerjisine önem veriyorsunuz.

Bir parçacık hızlandırıcı parçacıkları hızlandırır, ancak bunu ışık bariyerinin hızının belirlediği çok gerçek bir hız sınırlamasıyla yapar. Einstein'ın görelilik teorisi. Işık hızına yakın parçacıkların bir ışınını bir sabit nesne, tersine giden ışık hızına yakın parçacıkların başka bir ışını ile çarpışmak daha iyidir Yön.

Parçacığın bakış açısından, çok fazla "paramparça olmaz", ancak iki parçacık çarpıştığında daha fazla enerji açığa çıkar. Parçacık çarpışmalarında, bu enerji diğer parçacıklar biçimini alabilir ve çarpışmadan ne kadar fazla enerji çekerseniz, parçacıklar o kadar egzotik olur.