Zderzenia niesprężyste to takie zderzenia, w wyniku których suma energii kinetycznych zderzających się ciał nie jest zachowywana – suma tych energii kinetycznych maleje, bo jej część jest tracona (np. na ciepło, powstanie fali dźwiękowej itp.). Jeśli w wyniku zderzenia ciała się złączają i dalej poruszają razem, to takie zderzenie nazywamy idealnie niesprężystym – wówczas suma energii kinetycznych ciał po zderzeniu jest najmniejsza z możliwych.

Innym typem zderzeń są zderzenia sprężyste. W tych zderzeniach suma energii kinetycznych ciał jest zachowana – przed zderzeniem jest taka sama jak po zderzeniu. Jest to wyidealizowany przypadek, gdyż w rzeczywistości zawsze pewna część energii jest tracona, ale często te straty są na tyle małe, że można je pominąć.

Jeśli chodzi o położenie ciał i ich prędkości względem siebie w momencie zderzenia, to możemy owe zderzenia podzielić na dwa główne rodzaje, czołowe i skośne. Najprościej jest je opisać na przykładach zderzeń kul. I tak, zderzenie czołowe to takie zderzenie, w którym wektory prędkości dwóch poruszających się względem siebie kul leżą na jednej prostej, która przechodzi przez środki tych kul (w ogólnym przypadku chodzi o środki masy tych ciał – o środku masy będzie mowa w rozdziale 4.). W przypadku zderzenia skośnego prędkości zderzających się kul nie leżą na prostej łączącej ich środki. Natomiast w obu przypadkach siły wzajemnego oddziaływania między kulami w momencie zderzenia leżą na prostej łączącej środki tych kul.

Przykład:

We wnętrzu reaktora jądrowego pewnego typu dochodzi do sprężystych zderzeń neutronów (neutralnych cząstek wchodzących w skład jądra atomowego) z jądrami węgla. Neutron uderza w spoczywające jądro węgla (składające się z sześciu neutronów i sześciu protonów), co powoduje dalszy ruch obu cząstek wzdłuż tej samej prostej. Oblicz o ile procent zmniejszy się prędkość neutronu po zderzeniu. Przyjmij, że jądro węgla ma 12 razy większą masę niż neutron.

Rozwiązanie:

Wprowadźmy następujące oznaczenia:  – masa neutronu,  – masa jądra węgla,  – początkowa prędkość neutronu,  – końcowa prędkość neutronu,  – początkowa prędkość jądra (),  – końcowa prędkość jądra.

Zapisujemy równania wynikające z zasady zachowania pędu oraz faktu, że zderzenie jest sprężyste (zatem sumaryczna energia kinetyczna jest zachowana):

Po podzieleniu obu równań obustronnie przez  otrzymujemy:

Z pierwszego równania wyciągamy:

Podstawiamy to do drugiego równania:

Z tego obliczamy:

Zatem:

Minus w wyniku oznacza, że neutron po zderzeniu porusza się w przeciwną stronę niż przed zderzeniem. Wartość liczbowa 0,85 oznacza, że wartość prędkości neutronu po zderzeniu zmalała o 15%.

Zadania do zrobienia:

1. Ciało o masie  porusza się z prędkością  po tej samej prostej, ale w przeciwną stronę do ciała o masie . Oblicz prędkość, z jaką musiało się poruszać drugie ciało, aby po zderzeniu niesprężystym oba ciała pozostały w spoczynku.

Odp.:

2. Kulka o masie , poruszająca się z prędkością  uderza w inną identyczną, spoczywającą kulkę. Oblicz prędkość końcową ciał po zderzeniu, zakładając, że zderzenie było niesprężyste.

Odp.:

3. Wózek o masie  porusza się z prędkością . Zderza się on niesprężyście z wózkiem o masie  i nieznanej prędkości . Oblicz wartość prędkości  i podaj jej zwrot, wiedząc że złączone wózki poruszały się razem z prędkością   zgodnie ze zwrotem prędkości .

Odp.: , była ona zwrócona przeciwnie do .

Jeśli jesteś zainteresowany/a dodatkowymi materiałami dotyczącymi tego zagadnienia, to pod poniższym linkiem znajdziesz płatne (60 zł) dwugodzinne nagranie z omówieniem teorii i rozwiązaniami niektórych zadań maturalnych w tej tematyce:

https://szkolamaturzystow.pl/kurs/kurs-maturalny-fizyka-dynamika-2