การชน collision

        การชน(Collision)

           

   Collision คือ การชนกัน หรือการปะทะกัน เป็นกระบวนการที่วัตถุกระทบกันในช่วงเวลาที่สั้นมากจนเกินที่สายตาจะสังเกต ลักษณะต่าง ๆ ขณะชนได้ ขณะชนจะเกิดแรงดลที่วัตถุแต่ละก้อนโดยขนาดของแรงเท่ากัน แต่มีทิศทางตรงกันข้าม

            การชนในวิชาฟิสิกส์ มีสองประเภท คือการชนแบบวัตถุสัมผัสกัน เช่น รถชนกัน และการชนแบบไม่สัมผัสกัน เช่น การชนของแม่เหล็กขั้วเหมือนกัน และการชนของประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกัน

การชน หมาย ถึง การที่วัตถุหนึ่งกระทบกับอีกวัตถุหนึ่งในช่วงเวลาสั้นๆ หรือในบางครั้งวัตถุอาจไม่ต้องกระทบกันแต่มีแรงมากระทำต่อวัตถุแล้วให้ผล เหมือนกับการชนก็ถือว่าเป็นการชนกันลักษณะหนึ่งใน การชนของวัตถุโดยมากมักมีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ ซึ่งขนาดของแรงจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะของการชนกันของวัตถุ และในการชนอาจการสูญเสียค่าโมเมนตัมมากหรือน้อย หรือไม่สูญเสียเลยก็ได้ เราอาจแยกการชนออกได้ 2 ลักษณะดังนี้

1.เมื่อโมเมนตัมของระบบมีค่าคงที่ เป็น การชนที่ขณะชนมีแรงภายนอกมากระทำน้อยมาก เมื่อเทียบกับขนาดของแรงดล ที่เกิดกับวัตถุขณะชนกัน หรือแรงภายนอกเป็นศูนย์ เช่น การชนของลูกบิลเลียด การชนกันของรถยนต์ การยิงปืน เป็นต้น

2.เมื่อโมเมนตัมของระบบไม่คงที่ เป็นการชนที่ขณะชนมีแรงภายนอกมากระทำมากกว่า แรงดลที่เกิดกับวัตถุขณะชนกัน เช่น ลูกบอลตกกระทบพื้น รถยนต์ชนกับต้นไม้ เป็นต้น

ในหัวข้อต่อไปนี้ เป็นการชนของวัตถุเมื่อไม่มีแรงภายนอกมากระทำต่อระบบ ซึ่งสามารถแยกลักษณะการชนได้ 3 แบบ

1.การชนกันแบบยืดหยุ่น (Elastic collision) 

การชนกันแบบยืดหยุ่นเป็นการชนของวัตถุ แล้วรูปร่างของวัตถุไม่เปลี่ยนแปลง เช่น การชนกันของลูกบิลเลียด การชนกันของลูกบอล หรือวัตถุที่มีความยืดหยุ่นได้ชนกัน การชนกันแบบยืดหยุ่นแบ่งออกได้ 2 ลักษณะ คือ 
          ก.การชนแบบยืดหยุ่นสมบูรณ์ คือเป็นการชนที่ไม่มีการสูญเสียพลังงานจลน์ โดยพลังงานจลน์รวมก่อนการชนเท่ากับพลังงานจลน์รวมหลังชนโดยรูปร่างไม่เปลี่ยนแปลง
          ข.การชนแบบยืดหยุ่นไม่สมบูรณ์ เป็น การชนที่มีการสูญเสียพลังงานจลน์ โดยเปลี่ยนไปเป็นพลังงานรูปอื่น ดังนั้นพลังงานจลน์รวมหลังชนจะน้อยกว่าพลังงานจลน์รวมก่อนชน โดยรูปร่างไม่เปลี่ยนแปลง

1.การชนแบบยืดหยุ่นสมบูรณ์ (Perfectly elastic collision)

ผลของการชนแบบยืดหยุ่นสมบูรณ์พบว่า

1.ผลรวมของโมเมนตัมก่อนชน = ผลรวมของโมเมนตัมหลังชน

2.ผลรวมของพลังงานจลน์ก่อนชน = ผลรวมของพลังงานจลน์หลังชน

Eก่อนชน       =    Eหลังชน

2.การชนแบบไม่ยืดหยุ่น (Inelaltic collision)

เป็นการชนของวัตถุแล้วรูปร่างมีการเปลี่ยนแปลง หรือมีการเคลื่อนที่ติดกันไป การชนแบบนี้พลังงานจลน์ไม่คงที่ พลังงานจลน์หลังชนมีค่าน้อยกว่าพลังงานจลน์ก่อนชน เพราะว่าพลังงานจลน์บางส่วนนำไปใช้ในการเปลี่ยนรูปร่างวัตถุทำให้ บุบ ยุบ และเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานเสียงแต่โมเมนตัมรวม ก่อนการชนเท่ากับโมเมนตัมรวมหลังการชน

3.การดีดตัวของวัตถุ หรือการระเบิด
           คือ การที่วัตถุมีการแยกหรือแตกออกจากกัน โดยไม่มีแรงภายนอกมากระทำ ซึ่งมีเงื่อนไขเหมือนกับการชนใน 2 ลักษณะที่กล่าวมาแล้ว คือ

Pก่อนระเบิด       =    Pหลังระเบิด

ส่วน พลังงานจลน์ของวัตถุในการระเบิด พบว่าผลรวมพลังงานจนล์หลังการระเบิด จะมีค่ามากกว่าผลรวมของพลังงานจลน์ก่อนระเบิด เนื่องในการระเบิดมีการเปลี่ยนรูปพลังงานรูปต่างๆ เป็นพลังงานจลน์ จึงได้ว่า

∑Ekก่อนระเบิด       =    ∑Ekหลังระเบิด

ลักษณะของการระเบิดแยกออกได้ 2 ลักษณะคือ

1.การระเบิดแบบแยกออกจากกัน การระเบิดของวัตถุลักษณะนี้จะแยกออกจากกันเป็นส่วนๆ เช่น

ก.การยิงปืน

ข.มวลอัดสปริง

ค.คนกระโดดจากเรือ

ง.คนกระโดดจากเรือกำลังเคลื่อนที่

2.การระเบิดแบบสัมพันธ์ โดยภายหลังการระเบิดวัตถุยังอยู่ด้วยกัน การคำนวณความเร็วของวัตถุแต่ละก้อน ให้คิดเทียบกับพื้นโลก เช่น

ก.คนเดินบนเรือซึ่งอยู่นิ่ง

ข.คนเดินบนเรือซึ่งกำลังเคลื่อนที่

การทดลองเสมือนจริง

แบบฝึกหัดเสริมประสบการณ์