Symulacja interaktywna
Co to jest zderzenie sprężyste?
Na symulacji widoczne są dwie nierozróżnialne cząsteczki gazu doskonałego, które mogą poruszać się wzdłuż kierunku poziomego. Masy cząsteczek są identyczne.
W pierwszej części symulacji jedna z cząsteczek pozostaje w spoczynku na środku ekranu, natomiast druga porusza się w jej kierunku z lewej strony z prędkością . W pewnej chwili dochodzi do zderzenia, po którym cząsteczka, która wcześniej poruszała się z prędkością , zatrzymuje się. Po zderzeniu cząsteczka, która początkowo pozostawała w spoczynku, zaczyna poruszać się z prędkością . W tym zderzeniu cząsteczki wymieniły się prędkościami, a zatem pędami i energiami kinetycznymi. Jest to możliwe tylko w przypadku zderzenia, które spełnia model zderzenia sprężystego i centralnego.
W drugiej części symulacji obie cząsteczki poruszają się wzdłuż tej samej prostej z prędkościami i o przeciwnych zwrotach. W pewnej chwili dochodzi do zderzenia, po którym obie cząsteczki poruszają się z zamienionymi prędkościami. W tym zderzeniu cząsteczki zamieniły się prędkościami, co wynika z zasady zachowania pędu i energii kinetycznej.
Symulacja przedstawia oś współrzędnych ustawioną w poziomie, na której umieszczono dwie kulki o tej samej masie, o czym informuje obszerny napis masy obiektów są identyczne. Na osi zaznaczono punkty wyznaczające odległość w metrach, co jeden metr. Po lewej stronie mamy kulkę czerwoną oznaczoną dużą czerwoną literą A, a po prawej stronie mamy kulkę niebieską oznaczoną dużą, niebieską literą B. Pod osią znajdują się trzy przyciski: „START” uruchamiający animację, „STOP” zatrzymujący animację i „RESET” ustawiający animację na jej początku. Do wyboru są tak naprawdę dwie animacje, animacja 1 oraz animacja 2. Obok nazw znajdują się pola wyboru, należy zaznaczyć, z której opcji chcemy skorzystać. W przypadku opcji animacja dwa, po lewej stronie znajdują się trzy suwaki umieszczone jeden nad drugim. Pierwszymi dwoma ustawiamy wartości prędkości kulek, są one oznaczone jako litera duże V z indeksem dolnym A oraz litera duże V z indeksem dolnym B. Trzeci zaś pokazuje upływ czasu i przy zatrzymanej symulacji można nim wybierać interesujący nas moment do obserwacji, oznaczony jako mała litera t. Po wybraniu opcji animacja jeden, na początku prędkość ma tylko kula czerwona a niebieska stoi w miejscu, dopiero po wybraniu drugiego pola poruszają się obydwie kule. W trakcie animacji następuje idealnie sprężyste zderzenie kul. W wyniku tego zderzenia zgodnie z zasadą zachowania pędu i energii kule zamieniają się prędkościami. To oznacza, że ich energia kinetyczna zostaje zachowana.
Zapisz, jaki będzie skutek zderzenia sprężystego dwóch cząstek o takich samych masach i prędkościach o takiej samej wartości, ale o przeciwnym zwrocie. Skorzystaj przy tym z symulacji.
Pierwsza część symulacji pozwala prześledzić zderzenie sprężyste i centralne, zachodzące pomiędzy cząstkami gazu (mogą to być atomy lub cząsteczki) o jednakowych masach, z których jedna spoczywa. Jak każdy model, tak i ten ma określone ograniczenia.
Przyjmij, że tym gazem jest powietrze w typowych warunkach i przyporządkuj każdą z czterech cech zderzenia do właściwego opisu możliwości wystąpienia tej cechy.
Rozstrzygnij czy możliwe jest takie sprężyste zderzenie centralne dwóch kulek w jednym wymiarze, na skutek którego dojdzie do zatrzymania obu kulek.
W poniższych zdaniach zaproponowano zmiany w obrębie symulacji oraz zakresie jej stosowania, których celem jest uzyskanie lepszej zgodności modelu z rzeczywistością.