汽車碰撞的物理學
在車禍期間,能量從車輛轉(zhuǎn)移到它擊中的任何地方,無論是另一輛車輛還是靜止物體。這種能量轉(zhuǎn)移取決于改變運動狀態(tài)的變量,可能會造成傷害并損壞汽車和財產(chǎn)。被撞擊的物體將吸收其上的能量推力,或者可能將該能量轉(zhuǎn)移回撞擊它的車輛。專注于力和能量之間的區(qū)別可以幫助解釋所涉及的物理學。
力:與墻壁碰撞
車禍是牛頓運動定律如何工作的明顯例子。他的第一個運動定律,也稱為慣性定律,斷言運動中的物體將保持運動,除非外力作用于它。相反,如果一個物體處于靜止狀態(tài),它將保持靜止狀態(tài),直到不平衡的力量作用于它。
考慮汽車a與靜態(tài),不可破壞的墻壁碰撞的情況。情況始于汽車A以速度(v)行進,并且在與墻壁碰撞時以0的速度結(jié)束。這種情況的力由Newton'第二運動定律定義,它使用力的方程等于質(zhì)量時間加速度。在這種情況下,加速度為(v-0)/t,其中t是汽車A停下來所需的任何時間。
汽車在墻壁的方向上施加這種力,但是靜止且不可破壞的墻壁每牛頓'第三運動定律在汽車上施加相同的力。這種相等的力量是導致汽車在碰撞過程中手風琴的原因。
值得注意的是,這是一個理想化的模型。在汽車A的情況下,如果它撞入墻壁并立即停止,那將是完全無彈性的碰撞。由于墻壁根本不會破裂或移動,因此汽車進入墻壁的全部力量必須到某個地方。要么墻太大以至于加速,要么m超過一個不可察覺的量,或者它根本不移動,在這種情況下,碰撞的力量作用在汽車和整個星球上,后者顯然是如此巨大,以至于影響可以忽略不計。
力:與汽車碰撞
在汽車B與汽車C碰撞的情況下,我們有不同的力量考慮。假設(shè)汽車B和汽車C是彼此的完整鏡子(同樣,這是一個高度理想化的情況),它們會以完全相同的速度但相反的方向相互碰撞。從保持勢頭,我們知道他們都必須休息。質(zhì)量是相同的,因此,汽車B和汽車C所經(jīng)歷的精神健康知識力是相同的,并且也與在前一個例子中的情況A中作用在汽車上的力相同。
這解釋了碰撞的力量,但問題的第二部分是:碰撞中的能量。
Energy
力是矢量量,而動能是標量,用公式K=0.5mv2計算。在上述第二種情況下,每輛車在碰撞前都有動能K。在碰撞結(jié)束時,兩輛車都處于靜止狀態(tài),系統(tǒng)的總動能為0。
由于這些是非彈性碰撞,動能不守恒,但總能量總是守恒的,因此動能"損失"在碰撞中必須轉(zhuǎn)換成其他形式,如熱,聲音等。
在第一個例子中,只有一輛車在移動,碰撞過程中釋放的能量是K。然而,在第二個例子中,兩輛車在移動,所以碰撞過程中釋放的總能量是2K。所以案例B中的碰撞顯然比崩潰的情況更有能量。
從汽車到粒子59,60考慮兩種情況之間的主要區(qū)別。在qua粒子,能量和物質(zhì)的水平基本上可以在狀態(tài)之間交換。無論多么精力充沛,汽車碰撞的物理學都不會發(fā)射全新的汽車。
這輛車在兩種情況下都會經(jīng)歷完全相同的力量。作用于汽車的**力量是由于與另一個物體碰撞而在短時間內(nèi)從v突然減速到0速度。
然而,在觀察整個系統(tǒng)時,與兩輛車的情況下的碰撞釋放的能量是與墻壁碰撞的兩倍。它'大聲,更熱,可能更混亂。很可能,汽車已經(jīng)相互融合,碎片隨機飛行。
這就是物理學家加速對撞機中的粒子研究高能物理學的原因。碰撞兩束粒子的行為很有用,因為在粒子碰撞中,你不會關(guān)心粒子的力(你從來沒有真正測量過);而是關(guān)心粒子的能量。
粒子加速器加速粒子,但這樣做具有非常真實的速度限制,這取決于愛因斯坦的光障速度'相對論。為了從碰撞中擠出一些額外的能量,而不是將近光速粒子束與靜止物體碰撞,**將其與另一個朝向相反方向的近光速粒子束碰撞。
從粒子's的角度來看,它們不會'過多"破碎更多,"但當兩個粒子碰撞時,釋放出更多的能量。在粒子碰撞中,這種能量可以采取其他粒子的形式,你從碰撞中拉出的能量越多,粒子就越奇特。