יש לנו שתי משוואות עם שני נעלמים: משוואת שימור התנע ומשוואת האנרגיה. פתרון משותף שלהן מאפשר למצוא את v₁ ו-v₂.
במקרים רבים נוח לבטא את אחת המהירויות ממשוואת התנע ולהציב במשוואת האנרגיה.
הערה חשובה
התנע נשמר תמיד, גם בפיצוץ.
האנרגיה הקינטית אינה נשמרת — היא גדלה בגלל האנרגיה שהתווספה בפיצוץ.
כיווני המהירויות נקבעים דרך סימני הפתרון.
מתקף ותנע
רתע ופיצוץ
כשגוף נפרד לשני חלקים, החלקים נעים לכיוונים שונים. נראה איך שימור התנע קובע את המהירויות, מאיפה מגיעה האנרגיה, ואיך פותרים פיצוץ של גוף שכבר נמצא בתנועה.
רתע ממנוחהסימן וכיווןחלוקת האנרגיהפיצוץ בתנועה
רתע
מה זה רתע?
מההתחלההצג פתרון
רתע קורה כשגוף אחד דוחף או פולט גוף אחר: רובה יורה קליע, אדם על סקייטבורד זורק כדור, קפיץ דוחף שתי עגלות.
1. לפני ההיפרדות הכל במנוחה, ולכן התנע הכולל אפס.
2. התנע נשמר, ולכן גם אחרי ההיפרדות הוא אפס:\(0=m_1u_1+m_2u_2\)
מכאן:\(u_1=-\frac{m_2}{m_1}u_2\)
שימו לב: המינוס אומר שהגופים נעים לכיוונים מנוגדים. והגוף הכבד נע לאט יותר.
דוגמה
רובה יורה קליע
מההתחלההצג פתרון
שאלה: רובה במסה \(4\ \text{kg}\) יורה קליע במסה \(0.01\ \text{kg}\) במהירות \(400\ \text{m/s}\). באיזו מהירות נרתע הרובה?
1. לפני הירי הרובה והקליע במנוחה, התנע אפס. נבחר את כיוון הקליע כחיובי:\(0=0.01\cdot400+4u\)
2. מעבירים אגפים:\(4u=-4\)
מהירות הרובה:\(u=-1\ \text{m/s}\)
שימו לב: המינוס: הרובה נע אחורה. הרובה כבד פי 400 מהקליע, ולכן מהירותו קטנה פי 400.
אנרגיה
מאיפה מגיעה האנרגיה?
מההתחלההצג פתרון
לפני הירי אין אנרגיה קינטית. אחריו יש. האנרגיה מגיעה מהאבק השריפה, מהקפיץ או מהשרירים. לכן האנרגיה הקינטית לא נשמרת בפיצוץ, היא גדלה.
1. האנרגיה של הקליע:\(\tfrac{1}{2}\cdot0.01\cdot400^2=800\ \text{J}\)
2. האנרגיה של הרובה:\(\tfrac{1}{2}\cdot4\cdot1^2=2\ \text{J}\)
הגוף הקל מקבל כמעט את כל האנרגיה. לכן הקליע מסוכן, והרובה רק דוחף קצת את הכתף.
שימו לב: בפיצוץ התנע תמיד נשמר. האנרגיה הקינטית גדלה בדיוק באנרגיה שהפיצוץ הוסיף.
פיצוץ בתנועה
גוף נע ומתפוצץ
מההתחלההצג פתרון
שאלה: גוף במהירות \(v_0\) מתפוצץ לשני חלקים, \(m_1\) ו-\(m_2\). הפיצוץ מוסיף אנרגיה \(E\). איך מוצאים את המהירויות?
1. משוואה ראשונה, שימור תנע. לפני, שני החלקים נעים יחד:\((m_1+m_2)v_0=m_1u_1+m_2u_2\)
2. משוואה שנייה, אנרגיה. האנרגיה הקינטית לפני, ועוד מה שהפיצוץ הוסיף:\(\tfrac{1}{2}(m_1+m_2)v_0^2+E=\tfrac{1}{2}m_1u_1^2+\tfrac{1}{2}m_2u_2^2\)
3. מבודדים מהירות אחת ממשוואת התנע ומציבים במשוואת האנרגיה. מקבלים משוואה ריבועית.
שתי משוואות, שני נעלמים: תנע ואנרגיה.
שימו לב: למשוואה הריבועית יש שני פתרונות. בוחרים לפי ההיגיון: החלק הקדמי נדחף קדימה ומאיץ, האחורי נדחף אחורה ומאט.
דוגמה
פגז מתפוצץ
מההתחלההצג פתרון
שאלה: פגז במסה \(2\ \text{kg}\) נע ב-\(10\ \text{m/s}\) ומתפוצץ לשני חלקים של \(1\ \text{kg}\). הפיצוץ מוסיף \(25\ \text{J}\). מה מהירויות החלקים?