В физике под столкновениями понимают процессы взаимодействия между телами (частицами) в широком смысле слова, а не только в буквальном – как соприкосновение тел. Сталкивающиеся тела на большом расстоянии свободны. Проходя друг мимо друга, тела взаимодействуют, причём могут происходить различные процессы: соединение в одно тело (абсолютно неупругий удар), возникновение новых тел и, наконец, может иметь место упругое столкновение, при котором тела после некоторого сближения вновь расходятся без изменения своего внутреннего состояния. Столкновения, сопровождающиеся изменением внутреннего состояния тел, называются неупругими.
Тела (частицы), участвующие в столкновении, характеризуются (до и после столкновения) импульсами, энергиями. Процесс столкновения сводится к изменению этих величин в результате взаимодействия. Законы сохранения энергии и импульса позволяют достаточно просто устанавливать соотношения между различными физическими величинами при столкновении тел. Особенно ценно здесь то обстоятельство, что зачастую законы сохранения могут быть использованы даже в тех случаях, когда действующие силы неизвестны. Так обстоит дело, например, в физике элементарных частиц.
Происходящие в обычных условиях столкновения макроскопических тел почти всегда бывают в той или иной степени неупругими – уже хотя бы потому, что сопровождаются нагреванием тел, т. е. переходом части их кинетической энергии в тепло. Но понятие об упругих столкновениях играет важную роль в физике, поскольку со столкновениями часто приходится иметь дело в физическом эксперименте в области атомных явлений, да и обычные столкновения можно часто с достаточной степенью точности считать упругими.
Сохранение импульса тел (частиц) при столкновении обусловлено тем, что совокупность тел, участвующих в столкновении, составляет либо изолированную систему, когда на входящие в систему тела не действуют внешние силы, либо систему замкнутую: внешние силы отличны от нуля, а сумма внешних сил равна нулю. Несколько сложнее обстоит дело с применением закона сохранения энергии при столкновениях. В классической физике следует учитывать кинетическую и потенциальную энергии. В релятивистском случае надо применять выражение для энергии (как иногда, например, пишут «учитывать энергию покоя»). Обращение к сохранению энергии требует порой учёта различных форм внутренней энергии.
Действие законов сохранения импульса и энергии в процессах столкновения подтверждено всевозможными опытами.
Переходя к характерным примерам, напомним, что в физике при решении задач должна быть указана система отсчёта (тело отсчёта, оси координат и часы), в которой рассматривается динамика процесса. Исследование столкновений традиционно проводится как в лабораторной системе отсчёта (ЛСO), то есть в инерциальной системе отсчёта, связанной с лабораторией, где проводится опыт, так и в системе центра масс, которая будет введена в статье. Напомним также, что центральным ударом шаров (шайб) называют удар, при котором скорости шаров (шайб) направлены вдоль прямой, проходящей через их центры.
18.04.2014 15:20
В музее занимательных наук "Экспериментаниуме" в рамках проекта "Ученые - детям" лекция о космической погоде. На ней кандидат физико-математических наук Павел Аболмасов рассказал о том, какие условия и сложности поджидают человека, если он когда-нибудь решится колонизировать другие планеты. Лекцию об алмазных дождях на Нептуне и молниях на Марсе можно было увидеть в прямой трансляции сетевого издания M24.ru. Приводим полную текстовую версию выступления.- Знаете, что такое планеты земной группы и что такое планеты-гиганты? Слышали когда-нибудь? Вот есть большие газовые гиганты, которые далеко от солнца, в пять раз дальше чем Земля и еще дальше. А есть маленькие планеты земной группы, которые типа Земли, они ближе к солнцу. Какие планеты земной группы знаете?
- Венера, Марс…
- Уран
- Нет, Уран – это газовый гигант. Самая близкая к Солнцу какая планета?
- Меркурий
- Меркурий, правильно! Теперь, раз уж мы выяснили более-менее, что вы знаете, давайте я вам тоже что-нибудь расскажу. В первую очередь, я хочу вас немного огорчить, что я сам не планетолог. Те вещи, которыми я занимаюсь – это не планетология, а астрофизика. Звезды, всевозможные космические взрывы - это такие явления, что стоило бы человеку к ним приблизиться на небольшое расстояние, они бы человека испепелили, расплющили и все такое.