Dynamik in der Physik verstehen

Der Impuls ist eine abgeleitete Größe, die durch Multiplikation der Masse berechnet wird, m (eine skalare Größe) mal Geschwindigkeit, v (eine Vektorgröße). Dies bedeutet, dass der Impuls eine Richtung hat und diese Richtung immer dieselbe Richtung wie die Geschwindigkeit der Bewegung eines Objekts ist. Die Variable, die zur Darstellung des Impulses verwendet wird, ist p. Die Gleichung zur Berechnung des Impulses ist unten dargestellt.

Gleichung für Impuls

p = mv

Die SI-Impulseinheiten sind Kilogramm mal Meter pro Sekunde oder kg*m/s.

Vektorkomponenten und Impuls

Als Vektorgröße kann der Impuls in Teilvektoren zerlegt werden. Wenn Sie eine Situation auf einem dreidimensionalen Koordinatengitter mit Richtungen betrachten, die beschriftet sind x, y, und z. Sie können zum Beispiel über die Komponente des Impulses sprechen, die in jede dieser drei Richtungen geht:

p_x = mv_x
p_y = mv_y
p_z = mv_z

Diese Komponentenvektoren können dann unter Verwendung der Techniken der Vektormathematik, die ein grundlegendes Verständnis der Trigonometrie umfassen, zusammen rekonstituiert werden. Ohne auf die Triggerspezifikationen einzugehen, werden die grundlegenden Vektorgleichungen unten gezeigt:

p = p_x + p_y + p_z = mv_x + mv_y + mv_z

Impulserhaltung

Eine der wichtigen Eigenschaften des Impulses und der Grund, warum es so wichtig ist, wenn man Physik macht, ist, dass es eine ist konserviert Menge. Der Gesamtimpuls eines Systems bleibt immer derselbe, egal welche Änderungen das System durchläuft (solange keine neuen impulstragenden Objekte eingeführt werden, das heißt)..

Der Grund, warum dies so wichtig ist, besteht darin, dass Physiker das System vor und nach dem Systemwechsel messen und Rückschlüsse darauf ziehen können, ohne jedes Detail der Kollision selbst kennen zu müssen.

Stellen Sie sich ein klassisches Beispiel vor, in dem zwei Billardkugeln zusammenstoßen. Diese Art der Kollision nennt man elastische Kollision. Man könnte meinen, um herauszufinden, was nach der Kollision passieren wird, muss ein Physiker die spezifischen Ereignisse, die während der Kollision stattfinden, sorgfältig untersuchen. Das ist eigentlich nicht der Fall. Stattdessen können Sie den Impuls der beiden Kugeln vor der Kollision berechnen (p_1i und p_2i, bei dem die ich steht für "initial"). Die Summe davon ist der Gesamtimpuls des Systems (nennen wir es p_T, wobei "T" für "total" steht) und nach der Kollision - der Gesamtimpuls ist gleich diesem und umgekehrt. Der Impuls der beiden Kugeln nach der Kollision ist p_1f und p_1f, bei dem die f steht für "final". Dies ergibt die Gleichung:

p_T = p_1i + p_2i = p_1f + p_1f

Wenn Sie einige dieser Impulsvektoren kennen, können Sie diese verwenden, um die fehlenden Werte zu berechnen und die Situation zu konstruieren. In einem einfachen Beispiel, wenn Sie wissen, dass Ball 1 in Ruhe war (p_1i = 0) und Sie messen die Geschwindigkeiten der Kugeln nach der Kollision und berechnen daraus ihre Impulsvektoren, p_1f und p_2f, Mit diesen drei Werten können Sie den Impuls genau bestimmen p_2i muss gewesen sein. Sie können dies auch verwenden, um die Geschwindigkeit der zweiten Kugel vor der Kollision seit zu bestimmen p / m = v.

Eine andere Art der Kollision nennt man unelastische Kollision, und diese zeichnen sich dadurch aus, dass bei der Kollision kinetische Energie verloren geht (meist in Form von Wärme und Schall). Bei diesen Kollisionen kommt jedoch Schwung ist konserviert, so dass der Gesamtimpuls nach der Kollision gleich dem Gesamtimpuls ist, wie bei einer elastischen Kollision:

p_T = p_1i + p_2i = p_1f + p_1f

Wenn die Kollision dazu führt, dass die beiden Objekte "zusammenkleben", spricht man von a Perfekt unelastische Kollision, weil die maximale Menge an kinetischer Energie verloren gegangen ist. Ein klassisches Beispiel hierfür ist das Abfeuern einer Kugel in einen Holzblock. Die Kugel stoppt im Wald und die beiden Objekte, die sich bewegten, werden zu einem einzigen Objekt. Die resultierende Gleichung lautet: