एक कार टकराव का भौतिकी

एक कार दुर्घटना के दौरान, वाहन से ऊर्जा को स्थानांतरित किया जाता है, जो भी इसे हिट करता है, वह एक अन्य वाहन या स्थिर वस्तु हो। गति के राज्यों को बदलने वाले चर के आधार पर ऊर्जा का यह स्थानांतरण, चोटों और कारों और संपत्ति को नुकसान पहुंचा सकता है। जो ऑब्जेक्ट मारा गया था, वह या तो उस पर ऊर्जा का दबाव सोख लेगा या संभवतः उस ऊर्जा को उस वाहन पर वापस स्थानांतरित कर देगा जिसने उसे मारा था। के बीच के अंतर पर ध्यान केंद्रित करना बल तथा ऊर्जा शामिल भौतिकी की व्याख्या करने में मदद कर सकता है।

कार दुर्घटनाएं स्पष्ट उदाहरण हैं कि कैसे न्यूटन के गति के नियम काम। उनकी गति का पहला नियम, जिसे जड़ता का नियम भी कहा जाता है, का दावा है कि जब तक कोई बाहरी शक्ति उस पर कार्य नहीं करती है, गति में एक वस्तु गति में रहेगी। इसके विपरीत, यदि कोई वस्तु आराम पर है, तो यह तब तक आराम पर रहेगी जब तक कि कोई असंतुलित बल उस पर कार्य नहीं करता है।

ऐसी स्थिति पर विचार करें जिसमें कार ए एक स्थिर, अटूट दीवार से टकराती है। स्थिति कार ए से शुरू होती है जो एक वेग से यात्रा करती है (v)) और, दीवार से टकराने पर, 0 के वेग के साथ समाप्त होता है। इस स्थिति के बल को न्यूटन के गति के दूसरे नियम द्वारा परिभाषित किया गया है, जो बल के समीकरण का उपयोग बड़े पैमाने पर त्वरण के बराबर करता है। इस स्थिति में, त्वरण (v - 0) / t है, जहाँ t को रोकने के लिए आने में कार A को लगने वाले समय में से जो भी लगता है।

कार दीवार की दिशा में इस बल को बढ़ाती है, लेकिन दीवार, जो स्थिर और अटूट है, कार पर एक समान बल वापस लाती है, न्यूटन के गति के तीसरे नियम के अनुसार। यह समान बल है जो टक्करों के दौरान कारों को समझौते के लिए प्रेरित करता है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि यह एक है आदर्श मॉडल. कार ए के मामले में, अगर यह दीवार में फिसल जाता है और तत्काल स्टॉप पर आता है, तो यह एक होगा पूरी तरह से अयोग्य टकराव. चूँकि दीवार टूटती नहीं है या बिल्कुल नहीं चलती है, इसलिए दीवार में कार की पूरी ताकत को कहीं जाना पड़ता है। या तो दीवार इतनी भारी है कि यह तेज हो जाती है, या एक अगोचर राशि को स्थानांतरित करती है, या यह बिल्कुल भी नहीं चलती है, जिस स्थिति में टक्कर का बल कार और पूरे ग्रह पर कार्य करता है, जिसका उत्तरार्द्ध स्पष्ट रूप से, इतने बड़े पैमाने पर होता है कि प्रभाव होता है नगण्य।

ऐसी स्थिति में जहां कार B कार C से टकराती है, हमारे पास अलग-अलग बल हैं। यह मानते हुए कि कार B और कार C एक दूसरे के पूर्ण दर्पण हैं (फिर से, यह एक उच्च आदर्श स्थिति है), वे एक-दूसरे के साथ टकराते हुए ठीक उसी तरफ जा रहे होंगे गति लेकिन विपरीत दिशाओं में। संवेग के संरक्षण से, हम जानते हैं कि उन दोनों को आराम करना चाहिए। द्रव्यमान समान है, इसलिए, कार बी और कार सी द्वारा अनुभव किया गया बल समान है, और पिछले उदाहरण में कार ए पर अभिनय करने के लिए भी समान है।

यह टकराव के बल की व्याख्या करता है, लेकिन प्रश्न का दूसरा भाग है: टक्कर के भीतर की ऊर्जा।

बल एक है वेक्टर मात्रा जबकि गतिज ऊर्जा एक है अदिश राशि, सूत्र K = 0.5mv के साथ गणना की जाती है². ऊपर की दूसरी स्थिति में, प्रत्येक कार में टक्कर से पहले सीधे गतिज ऊर्जा K होती है। टक्कर के अंत में, दोनों कारें आराम पर हैं, और सिस्टम की कुल गतिज ऊर्जा 0 है।

चूंकि ये हैं अयोग्य टकराव, गतिज ऊर्जा संरक्षित नहीं है, लेकिन कुल ऊर्जा हमेशा संरक्षित किया जाता है, इसलिए टकराव में गतिज ऊर्जा "खो" को किसी अन्य रूप में परिवर्तित करना पड़ता है, जैसे कि गर्मी, ध्वनि, आदि।

पहले उदाहरण में जहां केवल एक कार चलती है, टक्कर के दौरान जारी ऊर्जा K है। दूसरे उदाहरण में, हालांकि, दो कारें चलती हैं, इसलिए टक्कर के दौरान जारी की गई कुल ऊर्जा 2K है। तो मामले में दुर्घटना बी स्पष्ट रूप से मामले की दुर्घटना से अधिक ऊर्जावान है।

दो स्थितियों के बीच प्रमुख अंतर पर विचार करें। पर क्वांटम स्तर कण, ऊर्जा और पदार्थ मूल रूप से राज्यों के बीच स्वैप कर सकते हैं। एक कार टक्कर का भौतिकी कभी भी ऊर्जावान नहीं होगा, एक पूरी तरह से नई कार का उत्सर्जन करें।

कार को दोनों मामलों में समान बल का अनुभव होगा। एकमात्र बल जो कार पर कार्य करता है, वह किसी अन्य वस्तु से टकराने के कारण, समय की एक संक्षिप्त अवधि में v से 0 वेग तक अचानक मंदी है।

हालांकि, जब कुल प्रणाली को देखते हैं, तो दो कारों के साथ स्थिति में टक्कर एक दीवार के साथ टकराव के रूप में दोगुनी ऊर्जा जारी करती है। यह जोरदार, गर्म और संभावित गन्दा है। सभी संभावना में, कारों ने एक-दूसरे से जुड़े हुए टुकड़े, यादृच्छिक दिशाओं में उड़ रहे हैं।

यही कारण है कि भौतिकविदों ने उच्च ऊर्जा भौतिकी का अध्ययन करने के लिए एक कोलाइडर में कणों को तेज किया। कणों के दो बीमों को टकराने का कार्य उपयोगी है क्योंकि कण टक्करों में आप वास्तव में कणों के बल की परवाह नहीं करते हैं (जो आप वास्तव में कभी नहीं मापते हैं); आप कणों की ऊर्जा के बजाय देखभाल करते हैं।

एक कण त्वरक कणों को गति देता है लेकिन ऐसा बहुत वास्तविक गति सीमा से होता है जो प्रकाश अवरोध की गति से तय होता है आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत. कुछ अतिरिक्त ऊर्जा को टकराव से बाहर निकालने के लिए, ए के साथ निकट-प्रकाश-गति कणों के बीम को टकराने के बजाय स्थिर वस्तु, इसे विपरीत दिशा में जाने वाले निकट-प्रकाश-गति के कणों की एक और किरण से टकराना बेहतर है दिशा।

कण के दृष्टिकोण से, वे इतना "ज्यादा टूटते नहीं हैं", लेकिन जब दो कण टकराते हैं, तो अधिक ऊर्जा निकलती है। कणों की टक्कर में, यह ऊर्जा अन्य कणों का रूप ले सकती है, और जितनी अधिक ऊर्जा आप टकराव से बाहर निकालते हैं, उतने ही अधिक सूक्ष्म कण होते हैं।