När två objekt kolliderar kallas det för en stöt, denna stöt kan kommer i tre ”former”. Antingen studsar objekten tillbaka utan att förlora sin form och sin rörelseenergi, eller så klibbar de ihop och förlorar en del av sin ursprungliga rörelseenergi eller så sker en kombination av dessa. De senare två fallen kallas för en oelastisk stöt och det är precis det vi ska berätta mer om i den här artikeln.
En stöt i fysikalisk mening är en händelse där två eller fler kroppar interagerar kraftfullt under en kort tidsperiod. Resultatet av denna interaktion varierar beroende på vad det är för objekt, den kraft med vilken objekten möts och de yttre förhållandena. Om du tänker på när du klappar ihop dina händer, så har du skapat en stöt. Men den vanligaste stöten du kommer ”stöta på” i uppgifter är två biljardbollar som knockar med varandra eller en två bilar som krockar.
Det finns två huvudtyper av stötar: elastiska och oelastiska.
Stötar i verkligheten varierar sällan är sällan helt elastiska eller fullständigt oelastiska. Istället kan vi se en skala av oelastiska stötar, från de som är mycket nära att vara elastiska till de som är helt oelastiska.
Det intressanta med oelastiska stötar är att de visar hur energi kan omvandlas från en form till en annan. Ju mer oelastisk stöten är, desto större del av den kinetiska energin omvandlas till andra former, såsom värme, ljud eller deformation av objekten.
Som är förklarat ovan så bevaras inte alltid den kinetiska energi vid stötar. Det som däremot är mycket viktigt att komma ihåg är att: rörelsemängden bevarandes! Det innebär att den totala rörelsemängden av de kolliderande objekten före stöten kommer att vara densamma som efter stöten. Detta gäller oavsett om stöten är elastisk, delvis oelastisk eller fullständigt oelastiskt. Vid uppgifter är det viktigt att komma ihåg att hastighet är en vektor och har en riktning. Definiera därför en positiv riktning för att kunna få rätt värde på rörelsemängden för systemet (objekten).
När objekt genomgår en oelastisk stöt, omvandlas en del av deras kinetiska energi, men var går den? Svaret är att den omvandlas till andra former av energi, som värme, ljud eller går åt till att deformera objekten. Om du någonsin har klappat händerna tätt ihop flera gånger i snabb följd kommer du att märka att dina händer börjar bli varma. Detta beror på att energin från stöten (klappen) omvandlas till värme.
Ett av de vanligaste exemplen på en oelastisk stöt är en bilolycka. När två bilar frontal-krockar med varandra kommer de ofta att deformeras vid kollisionen. De kan till och med fastna i varandra. Detta är ett tydligt tecken på att en del av deras kinetiska energi har omvandlats till andra former, som deformation och värme.
Den grundläggande ekvationen för bevarande av rörelsemängd i en oelastisk stöt är:
m1u1+m2u2=(m1+m2)v
Där u1 och u2 är initiala hastigheter för de två objekten, m1 och m2 är deras massor, och v är deras gemensamma hastighet efter stöten. Det finns bara ett v till höger om likhetstecknet eftersom objekten efter den fullständigt oelastiska stöten sitter ihop ==> de rör sig med samma hastighet.
Att räkna på en delvis oelastisk stöt är lite mer komplicerat eftersom det kräver en förståelse för de två principer: rörelsemängdens bevarande och förändring av kinetisk energi. Medan rörelsemängden alltid bevaras vid kollisioner, bevaras inte alltid den kinetiska energin i en delvis oelastisk stöt. Därför måste processen brytas ner i två steg.
Vid varje stöt, oavsett om den är elastisk eller oelastisk, bevaras den totala rörelsemängden. Detta kan skrivas som:
m1u1 + m2u2= m1v1+m2v2
Där:
I en fullständigt elastisk stöt bevaras den totala kinetiska energin, men i en delvis oelastisk stöt görs inte detta. För att mäta storleken av denna förändring, räkna först ut den initiala kinetiska energin och därefter den slutliga kinetiska energin efter stöten:
Initial kinetisk energi:
KEinitial=1/2*m1u12+1/2*m2u22
Slutlig kinetisk energi:
KEefter=1/2*m1v12+1/2*m2v22
Skillnaden mellan dessa två värden är storlken på den kinetiska energi som har omvandlats till andra energiformer under stöten:
ΔKE=KEinitial−KEefter
ΔKE är noll har stöten varit fullständigt elastisk. Om det är positivt (vilket innebär att KEinitial > KEefter) har stöten varit delvis oelastisk.
För alla elastiska stötar kan man också införa en variabel kallad stöttal, eller studskoeffecienten, e. Stöttalet (e) är ett mått på hur elastisk stöten är. Den definieras som:
e = ”relativ hastighet efter stöten”/”relativ hastighet före stöten” = (v2-v1)/(u2-u1)
Beroende på vilket värde studskoeffecienten (e) har kan vi få information om vilken typ av stöt det är.
e = 1 ==> Stöten var en perfekt elastisk stöt. Rörelseenergin bevarades fullständigt.
e < 1 men e > 0 ==> det var en delvis oelastisk stöt. Rörelseenering bevarades inte fullständigt.
e = 0 ==> Det var en fullständigt oelastisk stöt.
Testa dina nyvunna kunskaper om oelastiska stötar med vårt quiz. Facit finns längst ner!
Facit:
För mer hjälp med fysik besök vår begreppssamling med förklaringar eller uppgiftsbank med övningsuppgifter om fysikbegrepp och koncept och såklart finns det lösningar! Allt för att du ska förstå fysiken så bra som möjligt. Du hittar även en komplett formelsamling som du får ta med dig till Kursprovet! Och kom ihåg, oavsett om du är en student som behöver hjälp med dina fysikuppgifter eller bara nyfiken på ett begrepp, finns det alltid hjälp att få, och nya saker att lära!