התנגשות אלסטית

התנגשות אלסטית היא סוג של התנגשות המתרחשת כאשר שני גופים מתנגשים וחוזרים לאחור מבלי לאבד כל אנרגיה קינטית. במילים אחרות. סוג זה של התנגשות מכונה לעתים קרובות “התנגשות אלסטית מושלמת” מכיוון שלא אובדת אנרגיה במהלך התהליך.

בהתנגשות אלסטית מושלמת, הן התנע והן האנרגיה הקינטית של הגופים המתנגשים נשמרים. התנע של גוף הוא מכפלה של המסה והמהירות שלו, והוא נשמר במהלך ההתנגשות. באופן דומה, האנרגיה הקינטית של גוף היא האנרגיה שיש לו בשל תנועתו, והיא נשמרת גם במהלך ההתנגשות.

בהתנגשות אלסטית מושלמת, שני הגופים המעורבים חייבים להיות מסוגלים להתעוות ולחזור לצורתם המקורית ללא כל אובדן אנרגיה.

התנגשות אלסטית לעומת התנגשות לא אלסטית

בניגוד להתנגשות אלסטית, התנגשות לא אלסטית מתרחשת כאשר שני גופים מתנגשים ונצמדים זה לזה או מאבדים אנרגיה קינטית במהלך ההתנגשות. במקרה זה, האנרגיה הקינטית אינה נשמרת, וחלק ממנה הופכת לצורות אחרות של אנרגיה כגון חום או קול.
דוגמה להתנגשות לא אלסטית היא כאשר מכונית מתנגשת בקיר. במהלך ההתנגשות, המכונית מאבדת אנרגיה קינטית, אשר הופכת לצורות אחרות של אנרגיה כמו חום וקול.

דוגמאות להתנגשות אלסטית בחיים האמיתיים

התנגשות אלסטית היא לא רק מושג תיאורטי; זה מתרחש גם בתרחישים מהחיים האמיתיים. דוגמה אחת כזו היא ההתנגשות בין שני כדורי ביליארד. כאשר שני כדורי ביליארד מתנגשים, הם קופצים זה מזה מבלי לאבד אנרגיה קינטית, מה שהופך אותו לדוגמא מושלמת להתנגשות אלסטית.

דוגמה נוספת להתנגשות אלסטית היא ההתנגשות בין שתי מולקולות גז. מולקולות גז נמצאות בתנועה מתמדת ומתנגשות זו בזו, מקפצות זו מזו כמו כדורי ביליארד. התנגשויות אלו אלסטיות לחלוטין, והאנרגיה הקינטית של המולקולות נשמרת.

תרגיל לדוגמה מקורס פיזיקה מכניקה

משוואות התנגשות אלסטיות וחישובים

כדי לחשב את המהירות של גופים לאחר התנגשות אלסטית, נשתמש בשימור התנע ובשימור האנרגיה הקינטית.
משוואת שימור התנע קובעת שהתנע לפני ההתנגשות שווה לתנע שלאחר ההתנגשות. מבחינה מתמטית, ניתן לכתוב זאת כך:

m1v1 + m2v2 = m1v1 + m2v2

כאשר m1 ו-m2 הם המסות של הגופים, v1 ו-v2 הם המהירויות שלהם לפני ההתנגשות, ו-v1 ו-v2 הם המהירויות שלהם לאחר ההתנגשות.

משוואת שימור האנרגיה הקינטית קובעת שהאנרגיה הקינטית לפני ההתנגשות שווה לאנרגיה הקינטית לאחר ההתנגשות. מבחינה מתמטית, ניתן לכתוב זאת כך:
0.5m1v1^2 + 0.5m2v2^2 = 0.5m1v1^2 + 0.5m2v2^2
כאשר m1 ו-m2 הם המסות של הגופים, v1 ו-v2 הם המהירויות שלהם לפני ההתנגשות, ו-v1 ו-v2 הם המהירויות שלהם לאחר ההתנגשות.

השפעת התנגשות אלסטית על פיזיקה והנדסה

למושג התנגשות אלסטית יש השלכות בפיזיקה ובהנדסה. הבנת התנגשות אלסטית חיונית לתכנון ובניית מבנים שיכולים לעמוד בפני פגיעות מבלי לאבד אנרגיה או להתמוטט.
לדוגמה, יצרני רכב משתמשים במושג התנגשות אלסטית כדי לעצב את אזורי הקמטים של מכוניות. במהלך התנגשות, אזור הקמטים של המכונית מתעוות, סופג חלק מהאנרגיה של הפגיעה ומגן על הנוסעים.

התנגשות אלסטית חשובה גם בתחום הספורט והמשחקים. במשחקים כמו ביליארד וגולף, שחקנים משתמשים במושג התנגשות אלסטית כדי לחזות את מסלול הכדור ולתכנן את הזריקות שלהם בהתאם.

ניסויים והדגמות התנגשות אלסטיות

ישנם ניסויים והדגמות רבים שניתן להשתמש בהם כדי להמחיש את הרעיון של התנגשות אלסטית. ניסוי אחד כזה כולל שימוש בשתי מטוטלות בעלות אורך ומסה שווה. כאשר מטוטלת אחת מופעלת ומתנגשת בשנייה, היא נעצרת לחלוטין, והמטוטלת השנייה מופעלת. מתקן זה נקרא “העריסה של ניוטון”.

הדגמה נוספת כוללת שימוש בשני כדורי ביליארד בעלי מסה שווה ונגיעה בכדור אחד עם מקל. כאשר הכדור מתנגש בכדור השני, הוא נעצר לחלוטין, והכדור השני נע.

התנגשות אלסטית בספורט ומשחקים

להתנגשות אלסטית יש יישומים רבים בספורט ובמשחקים. בביליארד, שחקנים משתמשים במושג התנגשות אלסטית כדי לחזות את מסלול הכדור. בגולף, שחקנים משתמשים בקונספט של התנגשות אלסטית כדי לפגוע בכדור בכמות הכוח ובזווית הנכונה כדי להשיג את המסלול הרצוי.

התנגשות אלסטית בהקשר של חוקי השימור

הרעיון של התנגשות אלסטית קשור קשר הדוק לחוקי השימור של הפיזיקה. במיוחד שימור התנע ושימור האנרגיה הקינטית. חוקים אלו קובעים כי התנע הכולל והאנרגיה הקינטית של מערכת סגורה נשמרים. כלומר הם נשארים קבועים לאורך כל תהליך.

על ידי הבנת הרעיון של התנגשות אלסטית, נוכל להשתמש בחוקי השימור הללו כדי לחזות את התנהגותם של גופים בתנועה ולעצב מבנים שיכולים לעמוד בפני פגיעות מבלי להתמוטט.