Удар двох тіл, при якому спільна нормаль до поверхонь тіл в точці дотику проходить через їх центри мас, а швидкості центрів мас тіл на початку удару направлені по цій спільній нормалі, називається прямим центральним ударом.
Розглянемо прямий центральний удар двох тіл з масами m 1 і m 2, що рухаються поступально (рис. 20.3).
Позначимо швидкості центрів мас тіл до удару через (рис. 20.3, а), а в кінці удару - через (рис. 20.3, б).
Якщо друге тіло знаходиться попереду першого і , то перше тіло доганяє друге тіло і відбувається удар.
Задача про прямий центральний удар двох тіл полягає в тому, щоб, знаючи маси тіл, швидкості центрів мас тіл на початку удару і коефіцієнт відновлення, визначити, по-перше, швидкості центрів мас тіл в кінці удару і, по-друге, ударний імпульс. Для розв’язання цієї задачі застосовуємо теорему про зміну кількості руху системи двох тіл:
(20.24)
Рис. 20. 3.
Проектуючи обидві частини цього векторного рівняння на вісь С 1 x, одержимо
(20.25)
|
|
В цьому рівнянні дві невідомі величини: і . Коефіцієнт відновлення при прямому центральному ударі визначається як відношення модулів відносних швидкостей тіл в кінці і на початку удару:
(20.26)
де і .
Розв’язуючи систему рівнянь (20.25) і (20.26), одержимо
(20.27)
Для визначення ударних імпульсів і () скористаємось теоремою про зміну кількості руху тільки для одного з тіл:
(20.28)
звідки
. (20.29)
Якщо друге тіло до удару було нерухомим, то v 2 x =0 і
(20.30)
Якщо тіло ударяється об нерухому поверхню, то v 2 x =0, m 2=∞ і
Розглянемо окремі випадки:
1) абсолютно непружний удар (k =0). В цьому випадку
(20.31)
Отже, після непружного прямого центрального удару тіла починають рухатись разом, як одне ціле. Ударні імпульси дорівнюють
(20.32)
2) абсолютно пружний удар (k =1). В цьому випадку
(20.33)
(20.34)
Якщо, m 1 =m 2 =m, то за цими формулами a тобто при абсолютно пружному ударі тіла однакових мас обмінюються швидкостями.
Якщо, маса тіла 2 така велика, що можна знехтувати відношенням m 1 /m 2 порівняно з одиницею, а швидкість другого тіла до удару v 2 x =0, то
(20.35)
Отже, внаслідок удару тіло малої маси m 1 втратить дуже малу частину своєї швидкості і відскочить від нерухомого тіла великої маси m 2 зі швидкістю , що близька до швидкості до удару. Важке нерухоме тіло масою m 2 одержить дуже малу швидкість, близьку до нуля.
Цим можна пояснити, чому в атомних реакторах в якості сповільнювачів використовують речовини з малою атомною вагою (графіт, важка вода). При сповільненні швидких нейтронів треба “проскочити” небезпечну “резонансну” швидкість нейтронів, при якій вони сильно поглинаються, вибуваючи з реакції. Це неможливо зробити, коли сповільнювачами є елементи з важкими ядрами, бо тоді сповільнення нейтронів відбувається дуже малими порціями і резонансна швидкість буде обов’язково досягнена, а не “проскочена”.
|
|