Domanda:
Per la collisione, il contatto fisico non è una condizione necessaria. Perché?
Arishta
2017-09-06 12:05:30 UTC
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Nel mio libro di testo, è scritto che

"In caso di collisione, il contatto fisico non è una condizione necessaria".

Come può verificarsi una collisione senza contatto fisico?Se non c'è contatto fisico, allora non ci sarebbe forza di contatto tra le particelle per agire come forza impulsiva.

Che cosa agirebbe come forza impulsiva in una collisione di questo tipo in cui non c'è contatto fisico tra le particelle?

Puoi fornire un esempio di una tale collisione?

Considera un'astronave che fa una fionda gravitazionale da un pianeta.In nessun momento tocca il pianeta, ma è comunque una collisione, nel senso che è un evento relativamente rapido che conserva lo slancio.
Tuttavia, è un'affermazione piuttosto vaga e ti consiglio di procurarti un nuovo libro di testo.
@knzhou qualsiasi evento rapido in cui lo slancio è conservato sarà chiamato collisione?
Tipo!Tuttavia, non è una parola definita in modo molto preciso, quindi non citarmi su questo.Fondamentalmente un'astronave che gira intorno a un pianeta ha molto in comune con una palla che rimbalza sul terreno, quindi le mettiamo insieme.
Se ti piace questa domanda, potresti anche divertirti a leggere [questo] (https://physics.stackexchange.com/q/23797/2451) Phys.SE post.
Per essere pignoli, il "contatto fisico" è un'affermazione molto difficile da capire veramente in sé.Prova a definire cosa sia effettivamente un "tocco" e finirai per concludere che nulla tocca mai veramente qualcosa.
@Steeven Per espandere il tuo pignolo, il contatto fisico è in realtà un'interazione elettromagnetica tra gli atomi sulle superfici di entrambi i materiali.È ancora un po 'distante.Il tuo libro di testo avrebbe potuto essere ancora meno utile ricordandoti che i corpi possono esercitare una forza l'uno sull'altro tramite una qualsiasi delle interazioni fondamentali, essendo le connotazioni di "distanza" un esercizio per il lettore.
Lo scattering di Rutherford non coinvolge la particella alfa che interagisce direttamente con il nucleo.È tutto un potenziale elettrostatico $ 1 / r ^ {2} $ (come le fionde gravitazionali menzionate).
-1.Sei sicuro che il libro di testo non spieghi questa affermazione?Per favore, puoi caricare un'immagine del libro che mostri il contesto in cui viene fatta questa dichiarazione?
Se limiti la discussione al regno della meccanica newtoniana, * hai bisogno * di un contatto per una collisione.In effetti, i due sono sinonimi di corpi con delta-v.Se lasci il regno della meccanica newtoniana, tutti i termini "non sono nemmeno sbagliati".Non ci sono particelle se guardi abbastanza da vicino, quindi nessuna possibilità di alcun "contatto" nel senso significativo della parola.Non c'è nemmeno lo stesso spazio o tempo per le "entità" coinvolte che sono più simili a parametri di stato alle coordinate spazio-tempo.Quindi: nella meccanica newtoniana l'affermazione è sbagliata;in meccanica quantistica, non ha senso.
@PeterA.Schneider la meccanica newtoniana significa semplicemente non quantistica.È possibile ottenere molte proprietà microscopiche della materia solo dalla classica interazione elettromagnetica degli atomi come sfere di carica e talvolta un momento magnetico.
@JohnathanGross Sì, beh.OK, quindi gli elettroni sono sfere di dimensione zero, quindi posso garantirti che non si scontrano mai.Hai altre domande nella tua terra da favola?;-).(Ne ho alcuni: perché non vengono catturati dal nucleo? Perché non emettono brems strahlung quando circondano il nucleo? Perché il nucleo non esplode, con tutta questa carica positiva in questo piccolo volume?)
AilinomuxjCMT.Schneider "atomi"
Sei risposte:
#1
+67
Johnathan Gross
2017-09-06 12:19:45 UTC
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Nella scienza, il linguaggio è specifico e non ambiguo.Ciò significa che i termini sono definiti in modi spesso diversi dall'uso colloquiale.

Citerò Wikipedia sulla definizione di collisione."Una collisione è un evento in cui due o più corpi esercitano forze l'uno sull'altro per un tempo relativamente breve."Tieni presente che non è richiesto il contatto.

Delle quattro forze fondamentali, sia l'elettromagnetismo che la gravità sono a lungo raggio.Nonostante siano a lungo raggio, cadono entrambi con il quadrato inverso della distanza (per oggetti semplicemente distribuiti).Ciò significa che puoi ignorare principalmente gli effetti della forza a grandi distanze rispetto al loro approccio più vicino.

Una particella carica che viene deviata da un'altra particella carica mentre passano l'una accanto all'altra è un esempio di collisione in cui non avviene alcun contatto.Un altro esempio è una fionda gravitazionale in cui un piccolo oggetto si muove attorno a un oggetto molto più pesante per guadagnare velocità.

Direi che i tuoi esempi di elettromagnetismo e gravità non corrispondono alla tua definizione.Il "tempo relativamente breve" è ovviamente estremamente vago e da interpretare.Detto questo, la gravità e l'elettromagnetismo non scompaiono mentre te ne vai.C'è sempre una forza (sempre più piccola) tra i due corpi.Non è possibile definire quando si scontrano senza avere una forza arbitraria come punto di interruzione.Non credo che questi siano buoni esempi di collisioni perché non è veramente chiaro dove inizi e finisca la collisione, o che tempo ci vuole.
@JMac: Se siamo così, c'è qualcosa che è in grado di esercitare una forza, cosa non la esercita sempre su qualcosa?
@Zaibis Non proprio, ma gli esempi che hai scelto funzionano in modo molto evidente su lunghe distanze e scale temporali, quindi l'uso di quelli come esempio per le "collisioni" sembra andare contro l'intento di quella definizione.Non sono particolarmente esperto nelle forze fondamentali, ma AFAIK quelle molto forti sono veramente forti solo a distanze molto piccole, mentre le forze che hai menzionato sono "più deboli" e agiscono relativamente lentamente influenzano scale di distanze maggiori.
@JMac: non è il mio post, ero sinceramente curioso di quella risposta ^^ Ma voglio dire che si possono definire i limiti per ciò che viene considerato come collisione, ma penso che anche i 2 esempi potrebbero essere considerati come quelli poiché anche l'interazione è di lunga durata inin entrambi i casi possiamo essere d'accordo sul fatto che avranno un picco significativo di scambio di forze, no?
* "Nella scienza, il linguaggio è [idealmente] specifico e inequivocabile [, ma l'uso sciatto è abbastanza comune da far confusione con la testa di tutti]." * Risolto il problema per 'ya.In pratica, alcuni significati specifici e inequivocabili sono usati quasi universalmente e altri vengono ignorati volenti o nolenti.Nella mia esperienza questo è un caso intermedio, con molti usi precisi ma anche abbastanza vaghezza colloquiale da causare problemi.
@Zaibis Trovo che questi siano solo alcuni degli esempi più lenti di interazioni di forza intorno a noi in alcuni casi, in particolare la gravità.Ita principalmente a causa della mancanza di una chiara definizione di "collisione", ma IMO se provi a esemplificarlo con esempi più deboli, significa che quasi tutto è una collisione.Non sono cattivi esempi per dimostrare che non è una buona idea definire le cose in modo così vago, credo.
@JMac Nel contesto di fare, diciamo, un esperimento di fisica nucleare, la parola è del tutto appropriata perché mentre E&M è nominalmente a lungo raggio, la presenza del resto del materiale bersaglio significa che il tempo per il quale l'interazione con un particolare centro di scattering non viene lavatofuori da altri effetti è piuttosto breve.
Penso che la chiave per la vaga definizione di "un tempo relativamente breve" sia la parola "relativamente".Possiamo modellare un'interazione come una collisione se il periodo di tempo è abbastanza breve da non preoccuparci troppo dei dettagli di ciò che accade durante quel periodo.È relativo a tutto ciò che sta succedendo.Se l'interazione ha richiesto 1 mese e il tempo per tutto il resto che accade è di secoli, potrebbe essere molto ragionevole modellare tale interazione come una collisione.Allo stesso modo, se un'interazione ha richiesto un microsecondo, ma sei interessato alle interazioni a livello di nanosecondi, ...
... potrebbe non essere efficace modellare quell'interazione come una collisione, anche se era "breve" per gli standard umani.
Una meteora si scontra con la Terra, poi rimane lì per milioni di anni.Due galassie si stanno scontrando, nel corso di miliardi di anni.Questo è poco tempo?Nel primo caso almeno la "collisione" "non finisce mai".Che ne dici di "i corpi esercitano forze significative l'uno sull'altro".(Quindi "significativo" diventa la parola donnola.)
@mickeyf la collisione tra la Terra e la meteora dura solo pochi minuti al massimo.Ha orbitato attorno al sole per milioni di anni.Due galassie possono impiegare milioni di anni tra il momento in cui i loro dischi si intersecano e il momento in cui si stabiliscono, ma stanno viaggiando verso altre galassie da mezzo miliardo di anni."Parente" non è una parola da donnola.
La maggior parte delle interazioni coulombiane viene schermata;i campi elettrici dei nuclei sono tipicamente cancellati entro pochi Angstrom dagli elettroni, quindi "breve tempo" ha un significato in questi casi, mentre abbiamo solo una carica gravitazionale (per quanto ne so) quindi la gravità è per sempre.Una "collisione gravitazionale" non ha senso perché con un potenziale di $ 1 / r $ non c'è un modo ragionevole per definire l'inizio o la fine dell'evento.Non penso che la gravità debba essere citata in questa risposta alla pari con l'elettromagnetismo.
@uhoh solo perché la forza non è 0 non significa che la forza non sia trascurabile.Quando viaggi tra i pianeti del sistema solare, non devi preoccuparti degli effetti di nessuno dei pianeti finché non ti avvicini a loro.Se la tua traiettoria di volo prevede un'assistenza gravitazionale attorno a Venere, non devi preoccuparti della gravità di Venere fino a quando non arrivi a circa un miliardo di km.
@JohnathanGross è semplicemente sbagliato.Quando viaggi tra pianeti devi sempre considerare la gravità di diversi corpi.Stai pensando al videogioco Kerbal Space Program che usa coniche patchate.Vedi [Cosa può effettivamente insegnare il gioco KSP sul volo spaziale e sulla meccanica orbitale, e quali sono i suoi limiti?] (Https://space.stackexchange.com/q/22834/12102).
@uhoh Sei tu quello che pensa ai videogiochi, non a me.
#2
+20
Selene Routley
2017-09-06 15:43:07 UTC
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Questa può essere una risposta un po 'pedante, ma penso che allo scopo di coltivare un linguaggio chiaro, metterei in discussione la nozione di "contatto fisico" come implicito nell'uso della parola nel libro di testo e risponderei invece come segue: Se la "collisione" di due o più corpi relativamente in movimento (come implica) significa un mutamento reciproco dello stato di movimento, allora c'è stato un contatto fisico, per definizione . C'è stato uno scambio di quantità di moto e / o momento angolare ed energia grazie a alcune interazioni.

Quando diciamo colloquialmente "contatto fisico", intendiamo un'interazione particolarmente forte determinata dalla vicinanza particolarmente stretta dei due corpi l'uno all'altro, con un insieme di risultati che evoca la nostra idea intuitiva di "contatto fisico", come ad esempio: attivazione del senso del tatto, se uno dei corpi è un animale senziente, deformazione acuta e possibilmente frattura di alcuni dei corpi nei punti di avvicinamento più vicino, deformazione plastica permanente come graffi, rigature o deformazioni e contatto chiaramente sopportabile " "suoni. Ma, al livello più elementare, una tale interazione è diversa da qualsiasi altra interazione attraverso le quattro forze fondamentali della natura solo attraverso la forza dell'interazione. Non esiste una vera differenza qualitativa fondamentale: quando "tocchiamo" un corpo, stiamo semplicemente sentendo le deformazioni del nostro corpo provocate dalle forze fondamentali - l'elettromagnetismo - tra i nostri corpi e ciò che stiamo toccando. Sia che sentiamo la repulsione coulombica tra il nostro dito e gli atomi del tavolo su cui è appoggiato, o la repulsione coulombica tra la palla carica che stiamo tenendo e una simile caricata a diversi centimetri dal "contatto fisico" con la prima, c'è niente di veramente diverso che sta accadendo a livello fondamentale.

Quando si cerca di definire cosa rende il "contatto fisico" diverso da altre interazioni, scopriamo rapidamente che non esiste una definizione rigorosa che lo differenzi da altre interazioni.

#3
+14
Rajendra Pd
2017-09-06 12:15:23 UTC
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Tutti gli scattering sono esempi di collisioni.Si può considerare l'esempio dello scattering alfa di Rutherford in cui non c'è contatto fisico tra la particella alfa e il nucleo.

#4
+11
Stilez
2017-09-07 00:16:01 UTC
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Il problema qui è di definizione. Sta discutendo di "collisioni" e "contatto" ma non le definisce accuratamente. I problemi che riscontri sono:

  • Non esiste una differenza netta tra una collisione e molte altre forme di interazione.

  • Non esiste nemmeno una buona definizione di "contatto". Guarda attentamente e le cose non si toccano. Si avvicinano e si allontanano.

  • Qualunque siano le dimensioni degli oggetti di cui stiamo discutendo, su scala atomica sono tutti costituiti da minuscoli quanti / "particelle" che non sono solidi e non "entrano in collisione" affatto. Mai. Si scambiano portatori di forza ed esercitano forze l'uno sull'altro. Tecnicamente è difficile descrivere cosa esiste. Questo non è rilevante a livello quotidiano, ma è una parte importante del motivo per cui è difficile definire queste parole. (Potresti sentire questo scritto come "tutto è per lo più spazio vuoto")

  • Anche se chiamiamo molte cose "collisioni", è un termine vago quando lo guardi attentamente, perché fisicamente le cose interagiscono piuttosto che scontrarsi. Li consideriamo come "collisioni" perché li vediamo su una scala temporale che li fa sembrare eventi istantanei. Se li vedessimo più da vicino, vedremmo che comportano molte interazioni che gradualmente si accumulano e gradualmente si dissolvono, il tutto mentre gli oggetti sono a distanza. Una "collisione" è una sorta di concettualizzazione. Il che va bene, tranne per il fatto che stai cercando di applicare il termine "contatto" che non è un concetto simile.

Un esempio di questo è il moto browniano. Puoi vedere le particelle di polvere muoversi nell'aria e le particelle nell'acqua (al microscopio), cambiare improvvisamente direzione. Certamente sembra che abbiano avuto delle collisioni, perché improvvisamente cambiano direzione. Anche nelle classi diciamo che si sono scontrati. Ma in realtà non sono mai entrati in contatto. Potevano essere arrivati ​​entro minuscole frazioni di millimetro, ma prima che potessero effettivamente toccarsi, l'interazione aveva fatto il suo lavoro e la quantità di moto / energia è stata trasferita, quindi si sono allontanati.

È lo stesso con le collisioni su larga scala, solo più difficili da vedere e meno ovvie. Poiché generalmente non ci interessa quando 2 auto entrano in collisione, se le loro particelle sono entrate in contatto o solo entro una minuscola frazione di millimetro, sufficiente per trasmettere la quantità di moto e le forze di deformazione, diciamo che si sono "scontrate" e sono entrate in "contatto". Ma tecnicamente nessuno dei due è vero, o almeno, dovresti definire ciò che conta come "collisione" e "contatto" per decidere se fosse vero secondo quella definizione .

Esperimento di pensiero / esempio di una risposta "abbastanza vicina"

Ecco un esperimento mentale per te, al posto di una risposta definitiva.

Supponi di giocare a biliardo oa snooker solo con la bilia battente e il nero, e in qualche modo entrambe le palline avevano la stessa carica elettrica (tutte + o -) o lo stesso monopolo magnetico (magnete nord o sud) senza rompersi, esplodere la terra o rompere la fisica. Essendo della stessa carica o polo magnetico, si respingono molto fortemente quando si avvicinano.

Colpisci il pallino al nero. Sembra colpire un lato del nero, ed entrambe le palline si allontanano come al solito nel biliardo / snooker. Ma il movimento ultra-lento mostra che la pallina nera ha iniziato ad allontanarsi e la bilia battente ha iniziato a cambiare il suo percorso, quando erano a 3,5 mm di distanza, ed entrambe le palline hanno cambiato rapidamente il loro movimento in modo che non si siano mai avvicinate a 0,25 mm, così rapidamente che sembrava una normale partita a biliardo.

Diresti che si tratta di una "collisione" e, in tal caso, c'è stato un "contatto"?

In primo piano, ecco com'è ogni collisione che vedi e il tipo di movimento che sta realmente accadendo.

Questo è il mio tentativo di mostrare perché è una domanda difficile a cui rispondere.

Ottima spiegazione, senza approfondire il vocabolario tecnico.Questo merita più attenzione.
Ottimo esperimento mentale, evidenzia perfettamente che una collisione è un trasferimento di quantità di moto, senza doversi preoccupare di cosa significhi "contatto".Merita più voti!
#5
+5
Abdul Rauf
2017-09-06 15:22:16 UTC
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La repulsione magnetica a breve termine (ad esempio tra gli stessi poli dei magneti) è anche un esempio di collisione senza contatto fisico.

#6
+3
Lenzuola
2017-09-08 20:11:31 UTC
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Che cosa significa comunque "contatto fisico"?Gli atomi di due auto in collisione non si "toccano" mai!L'idea del "tocco" è in realtà la nostra incapacità umana di comprendere dimensioni inferiori a una frazione di millimetro.

Una volta che accetti che il contatto fisico è una semplice questione di scala, ti arrendi e tutte le collisioni sono "senza contatto".Due auto che entrano in collisione possono scambiarsi vernice, certo, ma non si toccano mai veramente, nel senso che gli atomi non hanno nemmeno una superficie definita con cui toccarsi!

(Matematicamente, possiamo definire il tocco come le superfici di due oggetti che condividono almeno un punto. Ma questo non funziona in fisica perché gli atomi non hanno superfici)



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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