Genauer gesagt, wohin geht es, nachdem es die Knautschzone zerstört hat? Meine Vermutung ist, dass nach einer Kollision der größte Teil der kinetischen Energie in das Metall in der Knautschzone übertragen wird (der Rest ist Schall/Wärme), wodurch es sich verbiegt und verformt. Aber was passiert, nachdem es zerknittert ist? Wurde die gesamte Energie einfach als Schall und Wärme freigesetzt? Oder enthält der gebogene und verformte Schrott etwas elastische Energie?
Ich kann nicht glauben, dass die ~250 kJ kinetische Energie in einem Auto nach einem Unfall vollständig in Schall und ein bisschen Wärme umgewandelt werden. Oder vielleicht erfordert Sound viel mehr Energie, als ich denke.
Wenn Metall zerknittert ist, wird daran gearbeitet. Ein Teil dieser Arbeit wird als Wärme abgeführt, die das Metall leicht erwärmt, da das Metall unter den aufgebrachten Spannungen nachgibt und sich plastisch verformt. Sie können dies selbst demonstrieren, indem Sie ein Stück Kleiderbügeldraht schnell hin und her biegen und dann an der Biegung fühlen. Der Rest der zugeführten Arbeit wird als Dehnungsenergie im verformten Metall selbst gespeichert. Diese Dehnungsenergie erhöht die Härte und die anschließende Streckgrenze des verformten Metalls, was Sie auch selbst demonstrieren können, indem Sie versuchen, den gebogenen Teil des Kleiderbügels zu entspannen: Es erfordert weniger Arbeit, ein nicht gebogenes Segment des Drahtes neben der Biegung zu biegen Teil als es tut, diesen gebogenen Teil zu entspannen.
Kann dies als eine Kugel modellieren, die in eine stationäre Feder kollidiert, die sie zusammendrückt. Die Feder hat einen Verriegelungsmechanismus, der in die Feder eingreift und sie in ihrem Zustand maximaler Kompression hält. Wenn die Kollision und die Feder und die Verriegelung nicht dissipativ sind, wird die gesamte (kinetische) Energie der Kugel in die in der Feder eingeschlossene potentielle Energie umgewandelt. Wenn ein Bruchteil der Energie in Wärme und Schall umgewandelt wird, wird dieser viel weniger in der Feder in ihrer endgültigen Konfiguration eingeschlossen. Der Federriegel darf sich niemals entriegeln – analog zum Metall des Autos, das sich in eine feste Form faltet. Die Masse des Autos wird gemäß m = e/c^2 zunehmen.
Darüber hinaus: Die Kinetik gespeicherter und dissipierter Energien im Zusammenhang mit zyklischer Belastung trockener Polyamid 6.6-Proben untersucht, wohin die Energie für ein bestimmtes Polymer fließt. Aus der Zusammenfassung:
Aus thermodynamischer Sicht zeigte sich, dass die dissipierte Energie pro Zyklus immer kleiner war als die mechanische Energie, die der Fläche der Hystereseschleife zugeordnet werden konnte. Diese Energiedifferenz spiegelt den signifikanten Beitrag der gespeicherten Energie wider, der Zyklus für Zyklus mit den mikrostrukturellen Änderungen verbunden ist.
Die Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve ist die während der Verformung absorbierte Energie. Sie machten Infrarotbeobachtungen der abgegebenen Wärme und konnten sehen, wie viel weniger dies war als die Gesamtenergie, die während der Verformung absorbiert wurde (und entlastet, während sie eine ganze Hystereseschleife verfolgten).
Ein heuristisches Modell hier: das kanonische metastabile Potential, bei dem die Kompression zunächst nicht-dissipativ / umkehrbar / elastisch ist, wenn man den Ball den Hügel hinauf rollt, dann plastisch / nicht umkehrbar wird, wenn der Ball in das höhere kleine stabile Tal rollt. Der Energieunterschied zwischen dem Anfangs- und dem Endpotential der Kugel entspricht einer erhöhten inneren Energie im Kristallgitter, dessen Struktur sich geändert (komprimiert) hat. Ein Teil der Energie der Bälle kann auch in Wärme übergehen.
David Schied