Wirkt bei einem Stoß wirklich eine Kraft auf einen Körper?

Betrachten Sie zwei Körper A (schwarz) und B (rot) mit gleicher Masse. A bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit auf das stationäre B zu. Zu einem bestimmten Zeitpunkt kollidieren sie elastisch, ∴ u A = v B Und v A = u B ( u = Anfangsgeschwindigkeit; v = Endgeschwindigkeit)Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

In dem Moment, in dem B beginnt, sich zu bewegen, A = v − u T = 4 − 0 0 = 4 0 . Aber wie kann A = 4 0 ? Ist diese Logik richtig?

Auch,

Newtons erstes Gesetz

Ein ruhendes Objekt bleibt in Ruhe und ein bewegtes Objekt bleibt mit der gleichen Geschwindigkeit und in der gleichen Richtung in Bewegung, es sei denn, es wirkt eine unausgeglichene Kraft auf es ein.

Das Newtonsche Gesetz besagt, dass Kraft benötigt wird, um den Ruhe- oder Bewegungszustand eines Körpers zu ändern. Wirkt auf B eine Kraft ? Wenn ja, wie groß ist dann diese momentane Kraft, die B in Bewegung versetzt?

BEARBEITEN

ich nahm T = 0 beim Finden A weil ich dachte, dass sich die Geschwindigkeit von B augenblicklich von 0 auf 4 ändert.

BEARBEITEN - 2

Nun, wie @bobie sagte, E k Der Transfer von A nach B braucht Zeit, was er an einem Beispiel demonstrierte. Er benutzte Stahlkugeln und berechnete die Geschwindigkeit, mit der E k propagiert, dh die Schallgeschwindigkeit in Stahl. Wir wissen, dass die von A verursachten Vibrationen das andere Ende von B erreichen müssen , damit sich Körper B bewegen kann . Was aber, wenn A und B nur einzelne Teilchen sind? Würde dann nicht E k in einem Augenblick von Teilchen A nach B reisen , da es keine Zwischenteilchen gibt? Würde es noch etwas Zeit für benötigen E k zum anderen Ende von B ausbreiten ?

Kommentare sind nicht für längere Diskussionen gedacht; diese Konversation wurde in den Chat verschoben .

Antworten (2)

Was hier wirkt, nennt man Impuls

Angenommen, die Kugeln A, B bestehen aus Edelstahl und (m = 0,1 kg r = 0,03 m) A hat v = 4 m/s, B ist in Ruhe (v = 0, p = 0), sie kollidieren in 1-D. Da die Masse gleich ist, bleibt A stehen und gibt B seine gesamte Geschwindigkeit und seinen Impuls p = (v = 4 * m = 0,1 kg) = 0,4 kg m/s:

J = [ F . T ] = Δ P = 0,1 ∗ 4 − [ 0 ] = 0,4 K G ∗ M / S
Wenn Sie genau wissen, aus welchem ​​Stahl die Kugeln bestehen, können Sie den Zeitpunkt des Zusammenstoßes und damit den Kraftimpuls berechnen: Bewegungsenergie breitet sich in Stahl mit Schallgeschwindigkeit aus ≈ 6000 M / S (5800 -6100), sagen wir 6000.

Daher dauert die Kollision grob geschätzt d (= 2r = 2 * 0,03 =) 0,06 / v = 6000 = 0,00001 s (oder einen beliebigen Wert, da der Wert nur ein Hinweis ist und die Kraft als Sie werden unten sehen, ist nominal). Sie können die ausgeübte Kraft herausfinden

F ∗ 1 10 5 = [ Δ P ] = 0,4 → F ≈ 4 , 000 N

Diese eigentümliche Beschreibung beruht auf der Tatsache, dass die Definition von „Kraft“ der Schwerkraft nachempfunden war, die eine Kraft mit konstanter Beschleunigung ist , und es schwierig war, mit anderen Kräften umzugehen, die nur Geschwindigkeit (und folglich Impuls) liefern. Hier finden Sie eine gründliche Analyse der historischen Gründe für die Newtonsche Definition von Kraft, KE und Arbeit und eine konzeptionelle Analyse von Impuls hier

Wenn wir eine perfekt elastische Kollision betrachten, würde die Kollision nicht 0 Sekunden dauern ? Bedeutung A wird undefiniert sein, ebenso wie die F (Gewalt). – Die Pragmatik

Nein, die Kollision dauert so lange, wie KE braucht, um das andere Ende des Balls zu erreichen. Wenn Sie eine intuitive Erklärung dafür wollen, denken Sie einfach, KE kann nicht drücken, sondern nur ziehen. Es ist wie eine Lokomotive, die an die Spitze eines Zuges fährt. Eine rationalere Erklärung ist, dass sich die Masse am anderen Ende nicht bewegen kann, bis sie ihren gerechten Anteil an KE erhält

Was aber , wenn A und B nur einzelne Teilchen sind ? Würde Ek dann nicht sofort von Teilchen A nach B reisen, da es keine Zwischenteilchen gibt? Würde es noch einige Zeit dauern, bis Ek sich zum anderen Ende von B ausbreitet?

Auch Teilchen haben einen Durchmesser. Ein Augenblick ist es nicht 0 Zeit, wie Bright Magus in einem Kommentar gezeigt hat. Keine Zeit = keine Veränderung. Aber auch hier spielt die Zeit keine Rolle, da keine Kraft wirkt, sonst wäre es wahnsinnig groß.

"... das Konzept des Impulses , das mir wie eine Handbewegung erscheint , um Kräfte zu erklären , die aus welchen Gründen auch immer erscheinen und verschwinden." - luk32

Ja, ich habe es vermieden, das explizit zu erwähnen, weil es einige hochnäsige Gedanken hervorrufen könnte: Das Konzept des Impulses ist ein umständlicher Versuch, den Austausch von KE und Impuls mathematisch zu beschreiben. Es ist nur ein Feigenblatt , ein Trick, ein Kunstgriff, um eine Lücke in der Newtonschen Physik zu füllen. Eine suggestive, unterschwellige Botschaft wird geschickt an den Schüler gesendet, indem zu „Impuls“ das Tag „einer Kraft “ hinzugefügt wird, um zu suggerieren, dass es sich um eine Art Kraft handelt, aber sie hat nicht die Einheiten.

In der Praxis wird es tatsächlich als augenblickliche Kraft angesehen, die auf diese Weise eine willkürliche Idealisierung fester Körper betreibt: Der Begriff 'augenblicklich' selbst ist nicht wissenschaftlich, da ein ' Augenblick ' nicht definiert ist: In der Alltagssprache ist es nur eine kurze Zeit , in verschiedenen Disziplinen kann sie [unterschiedliche Werte haben, siehe z. B. hier : "...Momentane Kraft ist für uns diejenige, die in weniger als 30 Sekunden zerstört wird ..."

Danke für deine Antwort. Wenn wir einen perfekt elastischen Stoß betrachten, würde der Stoß dann nicht 0 Sekunden dauern? Bedeutung A wird undefiniert sein, ebenso wie die F (Gewalt).
@imakesmalltalk, nein, die Kollision dauert so lange, wie KE braucht, um das andere Ende des Balls zu erreichen. Wenn Sie eine intuitive Erklärung dafür wollen, denken Sie einfach, KE kann nicht drücken, sondern nur ziehen. Es ist wie eine Lokomotive, die an die Spitze eines Zuges fährt. Eine rationalere Erklärung ist, dass sich die Masse am anderen Ende nicht bewegen kann, bis sie ihren gerechten Anteil an KE erhält.
@imakesmalltalk , -"..was ist, wenn A, B Partikel sind)"?_ Auch Partikel haben einen Durchmesser. Ein Augenblick ist nicht 0 Zeit, wie Bright Magus gezeigt hat. Keine Zeit = keine Veränderung.
Ich glaube nicht, dass man in einem solchen Zusammenhang von Gewalt sprechen kann. Es findet eine Impulsübertragung statt. Wenn Sie sagen, es gab Kraft, 80kNwarum ist der Ball dann nicht abgeschossen? Es muss eine andere Kraft gegeben haben, die es während der Kollision aufgehoben hat. Ich glaube nicht, dass der Mechanismus der Impulsübertragung durch die Newtonsche Physik erklärt wird. Allerdings nicht 100% sicher. Außer natürlich für das Konzept des Impulses , das mir wie eine Handbewegung erscheint, um Kräfte zu erklären, die aus welchen Gründen auch immer erscheinen und verschwinden.
@ luk32 , "... das Konzept des Impulses, das mir wie eine Handbewegung erscheint, um Kräfte zu erklären, die aus irgendeinem Grund erscheinen und verschwinden." Ich habe das kurz und bündig in dem Beitrag erklärt, da es dort OT ist. Wenn Sie die Links lesen, stellen Sie fest, dass Kraft nur nominell ist, es ist nur ein Trick, ein Kunstgriff, um eine Lücke in der Newtonschen Physik zu füllen und mit einer Ad-hoc-Mathematik zu rechtfertigen , eine Prozedur. Was wirklich genutzt wird, ist Schwung; aber OP hat danach gefragt und hatte ein Recht darauf
@bobie Vielleicht, wenn ich später Zeit finde. Ich wollte dir ehrlich antworten, dass ich gerne einen Vortrag von dir bekommen würde =). Nicht unbedingt, dass ich dem zustimmen würde, aber es wäre auf jeden Fall sehr interessant. Ich lasse mich gerne über mathematische Konzepte, deren Umsetzung und die Grenzen physikalischer Modelle unterrichten.
@bobie - Diese Seite hat eine Gleichung für den Zeitraum einer Kollision zwischen einer Stahlkugel und einer flachen Oberfläche, heißt es τ = 6.46 ρ 2 / 5 R / ( U 0 1 / 5 E 2 / 5 ) , Wo ρ ist die Dichte, R ist der Radius, U 0 ist die Geschwindigkeit unmittelbar vor dem Aufprall, und E ist die Elastizität von Stahl. Laut dieser Seite hat Edelstahl typischerweise eine Dichte von etwa 8000 kg/m^3.
(Forts.) und diese Seite sagt, dass die Elastizität für Edelstahl ungefähr ist 1.8 ∗ 10 1 1 N/m^2. Wenn wir also einen Radius von 0,03 m und eine Kollisionsgeschwindigkeit von 4 m/s annehmen, ergibt die Gleichung eine Aufprallzeit von 1.7 ∗ 10 − 4 s, 17-mal größer als Ihre Schätzung für die Zeit, die nur auf der Schallgeschwindigkeit basiert. Die durchschnittliche Aufprallkraft würde also näher bei 4700 Newton liegen. Und das gilt für die Kollision einer Stahlkugel mit einer sehr massiven Oberfläche. Wenn sie mit einer anderen ruhenden Kugel kollidiert, wird ihre Geschwindigkeitsänderung halbiert, sodass die Kraft geringer sein sollte.

Sicher. Ein elastischer Stoß ist lediglich ein idealisierter Vorgang, der in der Natur nie vorkommt. Auf mikroskopischer Ebene bestehen die beiden Körper aus Atomen. Die Elektronenhüllen dieser Atome enthalten Elektronen. Da sich negative Ladungen gegenseitig abstoßen, stoßen sich die beiden Körper auf glatte Weise ab (es wirkt eine umgekehrte quadratische Kraft).

Ich glaube, du hast die Frage überhaupt nicht verstanden. Die Kraft , von der ich hier gesprochen habe, war die momentane Kraft, die von A auf B und umgekehrt ausgeübt wird.
@imakesmalltalk Diese Antwort ist richtig, wenn Sie etwas brauchen, formulieren Sie die Frage vielleicht neu (siehe auch meine Kommentare oben)
Ich weiß, dass es nie wirklich zu perfekten elastischen Kollisionen kommt. Aber was ich gefragt habe, ist, dass bei einer idealen elastischen Kollision die Anfangsgeschwindigkeit des zweiten Körpers funktioniert u B werden sofort zur Endgeschwindigkeit v B ? Und wie groß ist diese augenblickliche Kraft?
Sie stellen die Definition eines elastischen Stoßes in Frage. Kräfte wirken nie augenblicklich. Die Größe Ihrer "augenblicklichen Kraft" wäre unendlich. Von Kräften bei elastischen Stößen zu sprechen, ist irreführend. Studieren Sie auch als allgemeinen Rat die Differentialrechnung.
Wirkt bei einem Stoß wirklich eine Kraft auf einen Körper?
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