Geschwindigkeiten bei einem elastischen Stoß

Mein Lehrer sagt immer wieder, dass sich beim frontalen elastischen Stoß zweier Körper gleicher Masse die Geschwindigkeiten vertauschen. Aber stellen Sie sich zwei Kugeln gleicher Masse vor, die sich mit derselben Geschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung bewegen. In diesem Fall kommen beide Körper nach dem Stoß zur Ruhe, dh es findet kein Geschwindigkeitsaustausch statt. Ich habe ein paar Bücher zu Rate gezogen, die alle wiederholen, was mein Lehrer gesagt hat, aber ich habe weder eine Erklärung für diese Behauptung noch eine Klärung meiner Verwirrung gefunden. Es wäre toll, wenn jemand helfen würde.

Antworten (3)

Ihre Annahme, dass beide Körper zur Ruhe kommen, ist falsch.

Erinnern Sie sich an einen elastischen Stoß mit zwei Kugeln A Und B mit Anfangsgeschwindigkeiten v A , ich Und v B , ich , sind die Endgeschwindigkeiten gegeben durch:

v A , F = M A M B M A + M B v A , ich + 2 M B M A + M B v B , ich
v B , F = 2 M A M A + M B v A , ich M A M B M A + M B v B , ich

Für den besonderen Fall, wo v B , ich = v A , ich Und M A = M B , du erhältst,

v A , F = v B , ich
v B , F = v A , ich

Wie man sieht, werden die Geschwindigkeiten tatsächlich vertauscht. Sie müssen sich bei Ihren Berechnungen vertan haben.

Beachten Sie, dass es bei einer unelastischen Kollision möglich wäre, dass die beiden Massen beide in Ruhe enden.

Im Zusammenhang mit Problemen mit kollidierenden Kugeln ist ein elastischer Stoß der Stoß, bei dem die kinetische Energie der Kugeln erhalten bleibt, während ein inelastischer Stoß ein Stoß ist, bei dem die kinetische Energie nicht erhalten bleibt (z. B. könnte sie auf Wärme übertragen werden, wenn die beiden Kugeln zusammenkleben). In beiden Fällen bleibt der Gesamtimpuls erhalten.

Damit haben wir für einen elastischen Stoß folgende Gleichungen:

M A v A + M B v B = M A v A ' + M B v B '  (Impulserhaltung) , M A v A 2 2 + M B v B 2 2 = M A v A ' 2 2 + M B v B ' 2 2  (Energieeinsparung) ,
Wo v A , v B sind die Geschwindigkeiten der Kugeln vor dem Stoß, während v A ' , v B ' sind die nach der Kollision. Unter der Annahme, dass die Geschwindigkeiten vor der Kollision bekannt sind, können wir nach den Geschwindigkeiten nach der Kollision auflösen (siehe die Antwort von @ user256872). Für die Kugeln gleicher Masse ergibt sich:
v A ' = v B , v B ' = v A
(Es gibt auch die triviale Lösung v A ' = v A , v B ' = v B , was keiner Kollision entspricht.)

Zusammenfassend: Die Behauptung, dass die Kugeln Geschwindigkeiten austauschen, basiert auf a) dem richtigen Verständnis dessen, was elastische Kollision ist, und b) der Berechnung.

Sie könnten nach dem Stoß nur dann zur Ruhe kommen, wenn sie zum Beispiel nasse Tonkugeln mit ähnlicher kinetischer Energie wären, was kein elastischer Stoß ist. Wenn Sie zwei Billardkugeln ähnlicher Masse direkt aufeinander zu rollen, stoppen sie nicht bei der Kollision, sie tauschen Impuls aus, abzüglich kleiner Verluste aufgrund von Materialverformung, Schall, Wärme, Reibung oder anderem, da es sich nicht um eine perfekt elastische Kollision handelt.