מבוא לשילוב תנע ואנרגיה

בתרגילים רבים בפיזיקה, ובפרט בבגרות, התהליך אינו מתרחש ברגע אחד אלא כולל כמה שלבים פיזיקליים שונים. במצבים כאלה לא ניתן להשתמש בחוק פיזיקלי אחד בלבד, ויש צורך לשלב בין שימור תנע ל־שימור אנרגיה.

המפתח לפתרון נכון הוא לזהות: באיזה שלב משתמשים בשימור תנע, ובאיזה שלב משתמשים בשימור אנרגיה.

שלב ראשון: חלוקת התהליך לשלבים

יש לחלק את התנועה לשלבים ברורים, לדוגמה:

• התנגשות בין גופים
• תנועה משותפת לאחר ההתנגשות
• עלייה לגובה, דחיסת קפיץ או עצירה

כל שלב נבחן בנפרד, תוך בדיקה איזה חוק פיזיקלי מתאים לו.

שלב שני: שימוש בשימור תנע

שימור תנע מתקיים כאשר:

• משך הזמן קצר מאוד
• הכוחות החיצוניים זניחים

לכן, בדרך כלל משתמשים בשימור תנע בשלב ההתנגשות.

בשלב זה ניתן לחשב, למשל, את המהירות מיד לאחר ההתנגשות:

\[ m_1 v_1 + m_2 v_2 = (m_1 + m_2) v \]

אין להשתמש בשימור אנרגיה אם ההתנגשות אינה אלסטית.

שלב שלישי: שימוש בשימור אנרגיה

לאחר סיום ההתנגשות, כאשר הגוף נע ללא חיכוך או כאשר העבודה של הכוחות ידועה, ניתן להשתמש בשימור אנרגיה מכנית.

בשלב זה מחשבים בדרך כלל:

• גובה מקסימלי
• דחיסת קפיץ
• מהירות בנקודה מסוימת

לדוגמה, עלייה לגובה מתוארת על ידי:

\[ \frac{1}{2} m v^2 = m g h \]

שלב רביעי: חיבור בין השלבים

החיבור בין החוקים מתבצע כך:

• שימור תנע נותן את המהירות לאחר ההתנגשות
• מהירות זו משמשת כנתון לשלב האנרגטי

אין לשלב תנע ואנרגיה באותה משוואה, אלא לפתור כל שלב בנפרד ולהעביר תוצאות בין השלבים.

טעויות נפוצות

• שימוש בשימור אנרגיה במהלך התנגשות לא־אלסטית
• ניסיון לפתור את כל השאלה במשוואה אחת
• אי־הפרדה בין שלב ההתנגשות לשלב התנועה שלאחריה

כלל זהב

התנגשות → תנע
תנועה לאחר מכן → אנרגיה