Абсолютно пружний удар: теорія ідеального зіткнення

Зіткнення рухомих тіл притаманне всім рівням фізичного світу - від субатомних частинок до циклопічних міжпланетних і міжгалактичних явищ. Тому ударні сили, що відрізняються величезною різноманітністю, так цікавлять фізиків. Незвичайні перетворення кінетичного виду енергії в потенційний і назад спостерігаються, коли відбувається абсолютно пружний удар. Специфіка такого динамічного взаємодії двох або декількох тіл полягає в його швидкоплинність і високої інтенсивності.

Абсолютно пружний удар з його незвичайними фізичними параметрами обміну енергією має велике значення при будівельних роботах (наприклад, забивання паль) або під час спортивних ігор, де він приносить користь. Також він може нести чималу небезпеку, наприклад, при автомобільних аваріях. Отже, проблематика цього явища важлива не тільки для фізиків-теоретиків, але й для автомобілістів, спортсменів, будівельників і конструкторів.

Абсолютно пружний удар - це взаємодія зіткнулися тіл, при якому їхні внутрішні енергії залишаються незмінними. Звичайно ж, в чистому вигляді це явище у світі макроскопічних тіл ніколи не зустрічається. З точки зору фізики абсолютно пружний удар в навколишньому світі звичних предметів є синонімом ідеального зіткнення. Але в деяких випадках до цього фізичної досконалості можна наблизитися майже впритул. Тінь ідеального зіткнення можна запам`ятати, наприклад, в той момент, коли відбувається зіткнення тіл, таких як більярдні кулі зі слонової кістки або дуже твердої пластмаси.

А реалізуватися явище абсолютно пружного удару може лише при зіткненні елементарних частинок, якщо для цього виникнуть відповідні умови. Така можливість обумовлена дією квантових законів на мікроскопічному рівні світобудови. Внутрішній стан і відповідний йому показник енергії кожної атомної частки є дискретними (квантовими). Отже, після зіткнення частинки можуть розлетітися, що не зазнавши змін до своїх внутрішніх станах. Таке зіткнення і буде абсолютно пружним.

Теорія говорить, що так буде завжди, поки енергії соударяющихся частинок недостатньо для перекладу хоча б однієї з них в збуджений стан, який в квантовому сенсі характеризується великим показником внутрішньої енергії. Нарешті, цілком імовірний і такий випадок, коли при зіткненні двох або декількох збуджених частинок відбудеться зменшення їхньої внутрішньої кінетичної енергії. У всіх подібних випадках доречно вести мову про неупругом характері зіткнення.

Удар абсолютно пружних і непружних тіл з точки зору фізичної науки має кардинальні відмінності. Другий варіант для фізиків є не менш цікавим, оскільки при цьому явищі має місце втрата частини або всієї енергії під впливом дисипативних сил. При абсолютно непружного ударі відбувається з`єднання двох або декількох тіл, в результаті чого вони продовжують рух як єдине ціле. Яскравим прикладом може служити куля, випущена в ящик з піском, де вона застряє і вже рухається разом з ним. Ще один приклад: пластилінові та глиняні кулі, які зазвичай при зіткненні злипаються і утворюють один об`єкт.

Відповідно до цього ж фізичним законом утворюються планети, у тому числі і Земля: частки космічного пилу, стикаючись, утворюють більш великий об`єкт, і так «доростають» до розмірів планети. Правда, тут діють ще й закони небесної механіки, а також безліч інших принципів, без яких не було б планет, а в космічному просторі літали б одні холодні неживі астероїди. Важливою складовою частиною всієї цієї сукупності непорушних і вічних законів природи є короткочасні динамічні взаємодії тіл, мовою фізики звані коротким хльостким словом «удар». Це і є справжній Акт Творіння Світу ...