Domanda:
È possibile conservare l'energia cinetica totale di un sistema, ma non la sua quantità di moto?
Petru Neagu
2019-12-18 00:35:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

È possibile conservare lo slancio senza conservare l'energia cinetica, come in anelastico collisioni.È possibile conservare l'energia cinetica totale di un sistema, ma non la sua quantità di moto?Come?

Per chiarire, non sto necessariamente parlando di un sistema isolato.C'è qualche scenario che potremmo escogitare in cui la quantità di moto non è conservata ma l'energia cinetica lo è?

Volevi che anche lo slancio _angolare_ non fosse conservato?
Una carica mobile in un campo magnetico funzionerebbe per te come esempio?
Il trucco qui è notare che la quantità di moto è un vettore mentre KE è uno scalare.Richiedendo che KE sia costante, stai fissando l'entità del vettore di quantità di moto, ma hai ancora un grado di libertà nella direzione del vettore.
Sembra che tu intenda un sistema * chiuso *.In tal caso, valuta la possibilità di modificare per chiarirlo
Qualsiasi sistema che mostri simmetria traslazionale conserverà lo slancio.
Rimbalzare (in una collisione anelastica) l'oggetto in un altro di uguale massa e velocità che si muove nella direzione opposta.
Cinque risposte:
BioPhysicist
2019-12-18 01:25:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Affinché lo slancio venga conservato, deve essere il caso che $$ \ mathbf F_ \ text {net} = \ frac {\ text d \ mathbf p} {\text dt} = 0 $$

Affinché l'energia cinetica possa essere conservata, deve essere così $$ \ text dK = \ text dW_ \ text {net} = \ mathbf F_ \ text {net} \ cdot \ text d \ mathbf x = 0 $$ in ogni istante nel tempo.

Quindi, c'è un caso in cui il lavoro netto svolto su un oggetto è $ 0 $ , ma c'è ancora una forza netta che agisce sull'oggetto?La risposta è si!Abbiamo solo bisogno che $ \ mathbf F_ \ text {net} \ neq0 $ sia sempre perpendicolare al percorso dell'oggetto.Un semplice esempio di ciò è un oggetto che subisce un movimento circolare uniforme.L'energia cinetica dell'oggetto non cambia (poiché la sua velocità rimane costante), tuttavia la quantità di moto cambia costantemente a causa della forza netta diversa da zero.

Stavo venendo per discutere il sistema Terra-Luna (o qualsiasi ammasso orbitante) come esempio di questi casi.
Bene, ma un oggetto isolato * non può * essere sottoposto a un movimento circolare uniforme - può farlo solo perché è attratto da qualcos'altro, ma attira ugualmente quel qualcosa, cambiando il suo momento.Se è in movimento circolare perché orbita attorno a qualcosa, allora la quantità di moto del sistema totale (ad esempio terra-luna) sarebbe conservata.Quindi è praticamente una tautologia "lo slancio di un sistema può cambiare se è causato da un'interazione con un altro sistema che cambia il suo slancio in modo esattamente opposto".
@Peteris non potrebbe un singolo oggetto rotazionalmente simmetrico che ruota attorno al suo centro di massa subire un movimento circolare uniforme?
@Peteris Non ho mai detto nulla su un singolo oggetto isolato.Inoltre, quello che definisci "il sistema" è soggettivo.Ho definito il mio sistema di esempio come un oggetto che subisce una forza esterna che fa sì che l'oggetto subisca un movimento circolare uniforme.Puoi sempre ampliare il tuo campo di applicazione per includere abbastanza da dire che tutto è conservato, ma ciò non significa che tutto sia conservato per tutti i sistemi.
@DaveInCaz A quel punto il sistema è costituito da tutte le particelle che compongono quel corpo.La quantità di moto totale sarebbe quindi costante poiché nessuna forza netta agisce sul corpo in rotazione.
@DaveInCaz Non credo che la tua palla rotante (nel suo insieme) stia subendo un movimento circolare uniforme.Un * pezzo * di quella palla può subire un movimento circolare uniforme, ma ovviamente non è isolato, poiché è attaccato al resto della palla.
user4552
2019-12-18 01:00:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Supponi che l'energia sia conservata in un frame di riferimento e che tu voglia conservarla anche in tutti gli altri frame.La conservazione della quantità di moto è esattamente la condizione necessaria affinché ciò avvenga in tutti i frame.

Per vedere questo, considera cosa succede quando passi a un diverso sistema di riferimento, $ v \ rightarrow v + u $ .Quindi tutte le energie cinetiche si trasformano secondo $ K \ rightarrow K + muv + \ text {const.} $ (Le energie potenziali non cambiano sotto questa trasformazione.)

Supponiamo di scrivere la tua domanda come una congettura: -

Se si conserva l'energia e si conserva il KE totale, la quantità di moto viene conservata.

Quindi la tua congettura può effettivamente essere rafforzata leggendo: -

Se l'energia viene conservata, viene conservata la quantità di moto.

(Questo presuppone implicitamente che tutti i frame di riferimento siano validi.)

Pensavo che l'OP chiedesse di conservare KE e * non * di conservare lo slancio.
Ah, questo è carino.L'esempio a cui io e @Aaron stavamo pensando ha una scelta implicita del frame: uno in cui il movimento è perpendicolare alla forza.
@AaronStevens: Il mio modo di esprimere la congettura è solo la negazione logica di ciò di cui stanno chiedendo.
Immagino di non aver visto la loro congettura come una "dichiarazione se-allora", ma sì, ora vedo l'equivalenza.
L'esempio della forza perpendicolare alla velocità nelle coordinate 3D non è in contraddizione con la tua affermazione (che è stata appena derivata in 1D)? - Ok non importa :) - Ho appena capito che questo esempio conserva l'energia cinetica solo in una classe speciale di sistemi di riferimento.
Questo è interessante.Sono un po 'perplesso dal fatto che l'invarianza di un'affermazione (cioè la conservazione dell'energia) sotto i boost richieda la conservazione del generatore di traslazioni.Sembra che mi manchi qualcosa di ovvio.
@Quantumwhisp: L'argomento è valido in tre dimensioni.(Sostituisci semplicemente i prodotti con prodotti a punti.) Non presuppone nulla su un quadro di riferimento speciale, tranne ovviamente che è un quadro inerziale.
knzhou
2019-12-18 07:04:49 UTC
view on stackexchange narkive permalink

C'è qualche scenario che potremmo escogitare in cui la quantità di moto non è conservata ma l'energia cinetica lo è?

Quando una palla rimbalza sul terreno o su un muro.Lo slancio viene invertito ma l'energia cinetica rimane più o meno la stessa.

Se guardiamo in dettaglio il KE viene ripristinato, piuttosto che preservato - a metà rimbalzo il KE è zero e l'energia viene immagazzinata come potenziale elastico nella palla e / o superficie.
Hai trascurato l'effetto della palla a terra.Prova a fare i conti in cui tieni traccia dello slancio della Terra * e della palla * prima e dopo questa interazione;concludi ancora che lo slancio dell'intero sistema è "capovolto"?O è piuttosto vero che la quantità di moto è * conservata * per l'intero sistema e abbiamo appena * trasferito * una quantità di moto dalla palla alla Terra?
@EricLippert Certamente, ma l'OP ha chiesto un _sistema_ in cui lo slancio fosse conservato e l'energia no.Quindi ho scelto il sistema della palla, che è una scelta comune e buona.Se insisti a ridurre completamente lo zoom, nella meccanica classica sia lo slancio che l'energia vengono sempre conservati, il che rende la domanda piuttosto inutile.
@knzhou, almeno quando ho imparato, le interazioni che oltrepassano i confini del sistema invalidano le leggi di conservazione.Quindi prendere la palla come un sistema e introdurre un'interazione esterna al sistema che cambia lo slancio del sistema annulla la domanda.Potresti anche avere altre cose che attraversano il confine, ad esempio passando da un'anatra volante a quattro anatre che volano alla metà della velocità.
Bob Jacobsen
2019-12-18 06:09:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Se un sistema non isolato è interessante, quello che stai cercando è una forza esterna che non funziona.

  • La forza centrale in un'orbita circolare: l'energia dei satelliti è invariata, ma la sua quantità di moto cambia continuamente.

  • Un elettrone che si muove attraverso un campo magnetico costante: idem

Devansh Mittal
2019-12-18 10:01:58 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sì, è possibile conservare l'energia cinetica totale del sistema ma non la quantità di moto.

Lascia che ti dia una spiegazione intuitiva.

  1. Supponiamo di avere due cariche, in cui una è fissa e l'altra è libera di muoversi e poi vengono rilasciate a una certa distanza.In questo caso poiché una carica è fissa, la forza esterna netta sul sistema non è zero, quindi la quantità di moto del sistema non rimarrà conservata, ma l'energia cinetica + l'energia potenziale del sistema rimarrà conservata, poiché non ci sono dissipativi non conservativiforze coinvolte nel sistema.

  2. Supponiamo che una particella sia legata a un punto con l'aiuto di una corda e stia eseguendo un movimento circolare uniforme sulla superficie orizzontale.In questo caso l'energia cinetica del sistema rimarrà la stessa ma non la quantità di moto.



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 4.0 con cui è distribuito.
Loading...