Doświadczenie 1
Wózek zaopatrujemy w zderzak sprężysty (zamiast zderzaka można wykorzystać piłeczkę z twardej gumy przytrzymaną przy "ścianie") i pręt, na który nakładamy oba obciążniki z zestawu. Popychamy wózek lekko prostopadle w kierunku ściany i obserwujemy, co się stanie.
Po kilku próbach powinno być oczywiste, że - pomijając straty wynikające z tarcia na osiach i inne niedoskonałości - zderzenie można nazwać sprężystym z wszystkimi konsekwencjami takiego zdarzenia:
a) pęd (p) wózka uległ zmianie z mv na -mv, czyli Δp = -2mv gdzie m jest całkowitą masą wózka, zaś v jest prędkością wózka tuż przed zderzeniem {-v, tuż po).
b) energia kinetyczna Ek = mv2/2 wózka nie uległa zmianie;
c) siła F popchnęła ścianę tak samo mocno, jak mocno ściana popchnęła (-F) wózek (trzecia zasada dynamiki). Zdajemy sobie sprawę z tego, że te siły zmieniały swoją wartość w czasie kontaktu wózka ze ścianą, więc lepiej mówić o średniej wartości tych sił;
d) czas kontaktu wózka ze ścianą (czas zderzenia) Δt był krótki i przypuszczamy, że podzielony był sprawiedliwie między procesy ściskania sprężyny (energia wózka była przekazywana sprężynie) i rozprężania (oddawania energii wózkowi);
e) żadna praca w sumie nie została wykonana (stąd obserwacja (b)), ponieważ tyle pracy, ile wózek wykonał na sprężynie, tyle sprężyna wózkowi "oddała". Takie właśnie zderzenia nazywamy sprężystymi;
f) Podpunkty (a), (c) i (d) można połączyć drugą zasadą dynamiki w zapisie:
Związek ten daje podstawę do dyskusji na wiele tematów. Podamy kilka przykładów:
- miękka sprężyna wydłuży czas zderzenia, przez co zmniejszy siłę uderzenia;
- łatwo jest zmierzyć m, mając zaś do dyspozycji "chronograf" można wyznaczyć v;
- ciekawe, co byłoby łatwiej wyznaczyć doświadczalnie Δt, czy F ?;
- można się zastanowić, czy podwojenie prędkości wózka musi spowodować podwojenie siły uderzenia w ścianę.
do góry