汽车碰撞的物理学

在车祸期间,能量从车辆转移到它击中的任何地方,无论是另一辆车辆还是静止物体。这种能量转移取决于改变运动状态的变量,可能会造成伤害并损坏汽车和财产。被撞击的物体将吸收其上的能量推力,或者可能将该能量转移回撞击它的车辆。专注于力和能量之间的区别可以帮助解释所涉及的物理学。

力:与墙壁碰撞

车祸是牛顿运动定律如何工作的明显例子。他的**个运动定律,也称为惯性定律,断言运动中的物体将保持运动,除非外力作用于它。相反,如果一个物体处于静止状态,它将保持静止状态,直到不平衡的力量作用于它。

考虑汽车a与静态,不可破坏的墙壁碰撞的情况。情况始于汽车A以速度(v行进,并且在与墙壁碰撞时以0的速度结束。这种情况的力由Newton'第二运动定律定义,它使用力的方程等于质量时间加速度。在这种情况下,加速度为(v-0)/t,其中t是汽车A停下来所需的任何时间。

汽车在墙壁的方向上施加这种力,但是静止且不可破坏的墙壁每牛顿'第三运动定律在汽车上施加相同的力。这种相等的力量是导致汽车在碰撞过程中手风琴的原因。

值得注意的是,这是一个理想化的模型。在汽车A的情况下,如果它撞入墙壁并立即停止,那将是完全无弹性的碰撞。由于墙壁根本不会破裂或移动,因此汽车进入墙壁的全部力量必须到某个地方。要么墙太大以至于加速,要么m超过一个不可察觉的量,或者它根本不移动,在这种情况下,碰撞的力量作用在汽车和整个星球上,后者显然是如此巨大,以至于影响可以忽略不计。

力:与汽车碰撞

在汽车B与汽车C碰撞的情况下,我们有不同的力量考虑。假设汽车B和汽车C是彼此的完整镜子(同样,这是一个高度理想化的情况),它们会以完全相同的速度但相反的方向相互碰撞。从保持势头,我们知道他们都必须休息。质量是相同的,因此,汽车B和汽车C所经历的精神健康知识力是相同的,并且也与在前一个例子中的情况A中作用在汽车上的力相同。

这解释了碰撞的力量,但问题的第二部分是:碰撞中的能量。

Energy

力是矢量量,而动能是标量,用公式K=0.5mv2计算。在上述第二种情况下,每辆车在碰撞前都有动能K。在碰撞结束时,两辆车都处于静止状态,系统的总动能为0。

由于这些是非弹性碰撞,动能不守恒,但总能量总是守恒的,因此动能"损失"在碰撞中必须转换成其他形式,如热,声音等。

在**个例子中,只有一辆车在移动,碰撞过程中释放的能量是K。然而,在第二个例子中,两辆车在移动,所以碰撞过程中释放的总能量是2K。所以案例B中的碰撞显然比崩溃的情况更有能量。

从汽车到粒子59,60

考虑两种情况之间的主要区别。在qua粒子,能量和物质的水平基本上可以在状态之间交换。无论多么精力充沛,汽车碰撞的物理学都不会发射全新的汽车。

这辆车在两种情况下都会经历完全相同的力量。作用于汽车的**力量是由于与另一个物体碰撞而在短时间内从v突然减速到0速度。

然而,在观察整个系统时,与两辆车的情况下的碰撞释放的能量是与墙壁碰撞的两倍。它'大声,更热,可能更混乱。很可能,汽车已经相互融合,碎片随机飞行。

这就是物理学家加速对撞机中的粒子研究高能物理学的原因。碰撞两束粒子的行为很有用,因为在粒子碰撞中,你不会关心粒子的力(你从来没有真正测量过);而是关心粒子的能量。

粒子加速器加速粒子,但这样做具有非常真实的速度限制,这取决于爱因斯坦的光障速度'相对论。为了从碰撞中挤出一些额外的能量,而不是将近光速粒子束与静止物体碰撞,**将其与另一个朝向相反方向的近光速粒子束碰撞。

从粒子's的角度来看,它们不会'过多"破碎更多,"但当两个粒子碰撞时,释放出更多的能量。在粒子碰撞中,这种能量可以采取其他粒子的形式,你从碰撞中拉出的能量越多,粒子就越奇特。