Od houpání kyvadla po míč, který se valí z kopce, hybnost slouží jako užitečný způsob výpočtu fyzikálních vlastností objektů. Můžete vypočítat hybnost pro každý pohybující se objekt s definovanou hmotou. Bez ohledu na to, zda se jedná o planetu na oběžné dráze kolem Slunce nebo o srážku elektronů mezi sebou při vysokých rychlostech, hybnost je vždy výsledkem hmotnosti a rychlosti objektu.
Vypočítejte hybnost
Hybnost vypočítáte pomocí rovnice
p = mv
kde hybnostpse měří v kg m / s, hmotnostmv kg a rychlostiprotiv m / s. Tato rovnice hybnosti ve fyzice vám říká, že hybnost je vektor, který ukazuje ve směru rychlosti objektu. Čím větší je hmotnost nebo rychlost objektu v pohybu, tím větší bude hybnost a vzorec platí pro všechny stupnice a velikosti objektů.
Pokud je to elektron (o hmotnosti 9,1 × 10 −31 kg) se pohyboval na 2,18 × 106 m / s, hybnost je součinem těchto dvou hodnot. Hmotu můžete znásobit 9,1 × 10 −31 kg a rychlost 2,18 × 106 m / s pro získání hybnosti 1,98 × 10 −24 kg m / s. To popisuje hybnost elektronu v Bohrově modelu atomu vodíku.
Změna hybnosti
Tento vzorec můžete také použít k výpočtu změny hybnosti. Změna hybnostiΔp(„delta p“) je dána rozdílem mezi hybností v jednom bodě a hybností v jiném bodě. Můžete to napsat jako
\ Delta p = m_1v_1-m_2v_2
pro hmotnost a rychlost v bodě 1 a hmotnost a rychlost v bodě 2 (označeny indexem).
Můžete napsat rovnice, které popisují dva nebo více objektů, které se srazí, aby určily, jak změna hybnosti ovlivní hmotnost nebo rychlost objektů.
Zachování hybnosti
Stejným způsobem klepání koulí v bazénu proti sobě přenáší energii z jedné koule na druhou, objekty, které se srazí, přenášejí hybnost. Podle zákona zachování hybnosti je zachována celková hybnost systému.
Můžete vytvořit vzorec celkové hybnosti jako součet hybnosti pro objekty před srážkou a nastavit ji jako rovnou celkové hybnosti objektů po srážce. Tento přístup lze použít k řešení většiny problémů ve fyzice zahrnujících kolize.
Příklad zachování hybnosti
Při řešení problémů zachování hybnosti berete v úvahu počáteční a konečný stav každého z objektů v systému. Počáteční stav popisuje stavy objektů těsně před kolizí a konečný stav bezprostředně po kolizi.
Pokud je vůz o hmotnosti 1 500 kg (A) pohybující se rychlostí 30 m / s v +Xsměr narazil do jiného automobilu (B) s hmotností 1 500 kg, pohybující se 20 m / s v -Xsměr, který se v zásadě kombinuje při nárazu a pokračuje v pohybu poté, jako by to byla jediná hmota, jaká by byla jejich rychlost po srážce?
Pomocí zachování hybnosti můžete nastavit počáteční a konečnou celkovou hybnost srážky, která se navzájem rovná jakopTi = pTFnebopA + pB = pTf pro hybnost vozu A,pA a hybnost vozu B,pB.Nebo v plném rozsahu smkombinovaný jako celková hmotnost kombinovaných automobilů po srážce:
m_Av_ {Ai} + m_Bv_ {Bi} = m_ {kombinované} v_f
KdeprotiF je konečná rychlost kombinovaných automobilů a indexy „i“ znamenají počáteční rychlosti. Použijete -20 m / s pro počáteční rychlost vozu B, protože se pohybuje v -Xsměr. Dělení namkombinovaný (a pro přehlednost couvání) dává:
v_f = \ frac {m_Av_ {Ai} + m_Bv_ {Bi}} {m_ {kombinované}}
A konečně, nahrazením známých hodnot, a to si povšimnememkombinovaný je prostěmA + mB, dává:
\ begin {aligned} v_f & = \ frac {1500 \ text {kg} × 30 \ text {m / s} + 1500 \ text {kg} × -20 \ text {m / s}} {(1500 + 1500) \ text {kg}} \\ & = \ frac {45000 \ text {kg m / s} - 30000 \ text {kg m / s}} {3000 \ text {kg}} \\ & = 5 \ text {m / s} \ end {zarovnáno}
Všimněte si, že navzdory stejným hmotám skutečnost, že se auto A pohybovalo rychleji než auto B, znamená, že kombinovaná hmota po srážce se nadále pohybuje v +Xsměr.
