ในตอนนี้
จะเป็นการนำกฎการคงตัวของโมเมนตัม มาใช้อธิบายปรากฎการณ์
การชนกันของวัตถุ ในที่นี้จะพิจารณาการชนของวัตถุสองก้อน
ในช่วงเวลาการชนที่สั้นๆ ทำให้เกิดแรงดล กระทำต่อวัตถุแต่ละก้อนขณะเกิดการชน
แรงดล ที่เกิดขึ้นนี้ถือได้ว่ามีค่ามากกว่าแรงภายนอกใดๆ
ที่มีอยู่ขณะนั้น (เช่นแรงดึงดูดของโลกต่อวัตถุ)
ความหมายของการชนในระบบ
macroscopic เช่น การชนของลูกบิลเลียด จะมีการสัมผัสกัน
ในช่วงเวลาสั้นๆ ของวัตถุ แต่ถ้าเป็นระบบ submicroscopic
การชน ไม่จำเป็นต้องมีการสัมผัสกันระหว่างวัตถุ หรืออนุภาค
การชนในระดับนี้อาจเกิดจาก อันตรกิริยาของแรงทางไฟฟ้า
ของอนุภาคหนึ่งกระทำต่ออนุภาคก็ได้ ตัวอย่างเช่น การชนกันของอนุภาคที่มีประจุบวก
ดังรูปที่ 4-5
รูปที่ 4-5 แสดงการชนของอนุภาคที่มีประจุเหมือนกัน
โดยมีแรงทางไฟฟ้า
กระทำซึ่งกันและกัน (การชนไม่มีการสัมผัสกัน)
ระหว่างฮีเลียม และโปรตอน
|
พิจารณาวัตถุมวล
m1 และ m2 ชนกันดังรูปที่ 4-6 แรงดลที่เกิดขึ้นอาจเขียนได้ดังรูปที่
4-7 และสมมติให้ไม่มีแรงภายนอกมากระทำ
จากกฎข้อที่
3 ของนิวตัน แรงที่มวล m2 กระทำต่อมวล m1
มีขนาดเท่ากับแรงที่มวล m1 กระทำต่อมวล m2
แต่ทิศทางตรงข้าม กล่าวคือ ทำให้เราสามารถใช้กฎคงตัวของโมเมนตัมได้
(สมการ 4-13)
หมายถึง
การชนที่ไม่มีแรงภายนอกอื่นใดมากระทำ ผลรวมของโมเมนตัมก่อนชน
จะเท่ากับผลรวมของโมเมนตัมหลังชนเสมอ แต่ถ้าพิจารณาในแง่ของพลังงานจลน์
จะแตกต่างกัน เนื่องจากพลังงานจลน์รวมก่อนชนและหลังชน
ไม่จำเป็นต้องเท่ากันเสมอ เพราะในขณะที่เกิดการชน พลังงานจลน์สามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นพลังงานในรูปอื่นได้
เช่นพลังงานความร้อน เป็นต้น
สำหรับในทางฟิสิกส์
การชนสามารถแบ่งออกได้เป็นสองชนิด คือ การชนแบบไม่ยืดหยุ่น
(inelastic collision) และการชนแบบยืดหยุ่น (elastic collision)
โดยในการชนแบบไม่ยืดหยุ่นนี้ จะมีเฉพาะโมเมนตัมเท่านั้นที่คงตัว
ในขณะที่พลังงานจลน์ไม่คงตัว ตัวอย่างของการชนประเภทนี้ได้แก่
การชนของลูกบอลยางกับผนัง สำหรับการชนประเภทนี้ ยังมีกรณีพิเศษเมื่อวัตถุสองก้อนชนกัน
โดยชนแล้วติดกันไปซึ่งจะเป็นกรณีที่มีการสูญเสียพลังงานจลน์มากที่สุด
โดยไม่ขัดกับกฎการคงตัวของโมเมนตัม เรียกการชนแบบนี้ว่า
การชนแบบไม่ยืดหยุ่นเลย (perfectly inelastic collision)
ซึ่งการติดกันไป ในลักษณะนี้ทำให้วัตถุทั้งคู่ มีความเร็วเท่ากันหลังจากเกิดการชน
และสำหรับการชนแบบยืดหยุ่น ทั้งโมเมนตัมและพลังงานจลน์เป็นค่าคงตัว
ตัวอย่างของการชนประเภทนี้คือ การชนกันของลูกบิลเลียด
ถึงแม้ว่าในขณะเกิดการชน จะมีการเปลี่ยนแปลงของพลังงานไปบ้าง
เช่น เมื่อเกิดการชนแล้วทำให้เกิดเสียง แต่พลังงานเสียงที่เกิดขึ้น
ถือว่าน้อยมากเมื่อเทียบกับพลังงานจลน์ของวัตถุ
|