- Почему разбивается кружка?

kalser.ru Опыты по физике Почему разбивается кружка?
01.11.2010 00:00

Почему разбивается кружка?

Как вы считаете, почему разбивается кружка? Ну падает себе на бетонный пол, и разбивается. Ничего особенного, кружка-то фарфоровая, хрупкая. Так вот и вопрос - почему? Отчего?

От силы тяжести. После раздумий ответит юный физик. Ну да, вероятно от нее. А как конкретно это происходит? Что-то об кого-то ударяется, потом разбивается, ну падает в общем - начнут объяснять вам при ответе на такой вопрос люди, далекие от физики. Но ведь мы же посетители Физического сайта, применим законы физики здесь. Действительно, давайте представим все в рамках физического опыта.

Представим себе: кружку из фарфора, пусть будет веселая красная, с белыми пятнами. Стол (можно кухонный, неважно), два вида пола: бетон (твердый) и, пускай будет, пенопласт (мягкий).

Эксперимент: Пусть юный физик кидает сначала фарфор на пенопласт - кружка уцелела. Сбрасываем испытуемую кружку на бетонный пол. Разбилась? Само собой.

Загрузить эту анимацию по физике на свой компьютер >>

 

В чем здесь дело? Рассмотрим второй закон Ньютона. Только не в знакомой нам всем форме:

 

kruzhka1

а в том виде, в котором записал его когда-то сам Исаак Ньютон:

 

kruzhka2

 

то есть "скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на неё силе".

Распишем подробнее:

kruzhka3

Здесь время t - в нашем случае время взаимодействия кружки и пола после падения. Импульс равен mV и не изменяется при подлете кружки к полу.

Время. Время меняется. Вот в чём разгадка! Время взаимодействия пенопласта и кружки оказалось больше, поэтому сила кружке досталась меньше. При падении на бетон время взаимодействия ничтожное, сила большая и потому разбивает нашу испытуемую  кружку на мелкие кусочки.

Где еще можно заметить такое интересное свойство? Не только же кружке так повезло с временем взаимодействия. Действительно, повезло всем. Боксеры надевают перчатки, например. Острые углы оббивают мягким материалом именно для увеличения времени взаимодействия. Понаблюдайте за окружающим миром, быть может еще где-нибудь ярко выражен второй закон Ньютона в импульсной форме.

Комментарии  

 
+10 # alien 01.11.2010 18:27
Знаю, еще есть резиновые молотки для керамики и плитки на улицах. Теперь смутно догоняю, как это все работает *машу рукой*
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
 
 
+8 # admin 01.11.2010 18:35
абсолютно верно! *class* Резина намеренно сокращает время взаимодействия плитки и молотка, поэтому ничего не разбивается в итоге :)
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
 
 
+9 # Guest 03.11.2010 14:13
1. можно же еще добавить, мол пенопласт обладая свойством аммортизации (упругости) увеличивает это время?
2. можно ли обосновать это не законом Ньютона, законом Гука ?
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
 
 
+8 # admin 03.11.2010 17:40
1. Совершенно точно. Эти физические свойства пенопласта (мягкость и проч.) в случае "идеального" пенопласта описывает коэффициент упругости в законе Гука.

2. Даж не знаю *задумался* Дело в том, что закон Гука не учитывает полную передачу импульса кружки полу, а все, что не рассматривается по закону сохранения импульса, как правило, решается сложно *wall*

Хотя давайте попоробуем:

1. Нам нужно принять, что сила, действующая на кружку в момент соприкосновения с полом есть:

F0 = ma = k1Δx1 - k2Δx2

Здесь, F0 - равнодействующа я сила, k1Δx1 - сила упругости кружки, k2Δx2 - сила упругости пола.

Принимая во внимание, что величины m и k1, k2 нам известны, получаем, что разобьется кружка или нет зависит от величин деформации пола Δx2 и кружки Δx1 и от значения ускорения в момент "краха":

а =ΔV/Δt = (V - 0)/(t - 0) = V(t)/t

2. В свою очередь, Δx переменная по времени величина... то есть Δx1 =Δx1(t);Δx2 =Δx2(t) и мы приходим опять же, к тому, что сохранность кружки целиком и полностью будет зависеть от времени взаимодействия!:

V(t)/(t*(k1Δx1 - k2Δx2)) = m = const

V(t)/(t*(k1Δx1 - k2Δx2)) = const

Фу-х-х, занимательно, спасибо за вопрос *class*

Однако, это не столь очевидно, как в случае со вторым законом Ньютона в импульсной форме. *write*
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
 
 
+12 # бакалавр 17.11.2010 14:20
Неплохая flesh анимация!
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
 

(новое окно)

Как ввести формулу
Работает только для формы "Добавить комментарий" к материалу:
будет [img]http://latex.codecogs.com/gif.latex?t^2[/img]

YouTube-канал НИЯУ МИФИ >> YouTube-канал kalser.ru >>

Marvin and Milo Marvin and Milo
physics.org/marvinandmilo >>