آونگ بالستیک

آونگ بالستیک مثالی است که معمولا در تشریع مسایل مربوط به نظریه برخورد مورد استفاده قرار می‌گیرد. می‌دانیم که برخورد در حالت کلی می‌تواند به سه صورت برخورد کشسان یا الاستیک ، برخورد ناکشسان و برخورد کاملا ناکشسان اتفاق بیفتد. در حالت اول قانون بقای انرژی جنبشی برقرار است. بنابراین می‌توان از قوانین بقای اندازه حرکت خطی و انرژی جنبشی بهره برد. در صورتی که در برخورد غیر کشسان فقط قانون بقای اندازه حرکت خطی برقرار است. اما در برخورد غیر کشسان کامل که در مسئله آونگ بالستیک نیز این نوع برخورد صورت می‌گیرد، ذرات برخورد به یکدیگر می‌چسبند و با هم حرکت می‌کنند.

ساختمان آونگ بالستیک

آونگ بالستیک از یک قطعه چوب بزرگ به شکل مکعب مستطیل تشکیل شده است. این قطعه بوسیله دو تکه ریسمان که به دو سر قطعه چوب متصل شده است، از نقطه‌ای آویزان شده است. گلوله‌ای به طرف این مکعب چوبی تشکیل می‌شود. بعد ازشلیک گلوله در داخل قطعه چوب فرو رفته و در اثر نیرویی که به آن وارد می‌کند، موجب نوسان آن می‌گردد.

تشریح حرکت آونگ بالستیک

قطعه چوب به جرم M ابتدا در حالت قائم قرار دارد. حال گلوله‌ای به جرم m و با سرعت افقی Vi به طرف قطعه چوب شلیک می‌شود. اگر زمان برخورد (زمان لازم برای ساکن شدن گلوله نسبت به قطعه چوب) در مقایسه با زمان نوسان آونگ خیلی کوچک باشد، ریسمان‌های نگه دارنده در حین برخورد قائم می‌مانند. بنابراین ، هیچ نیروی افقی خارجی در حین برخورد، به دستگاه وارد نمی‌شود، و مولفه‌های افقی اندازه حرکت خطی پایسته می‌مانند. سرعت بعد از برخورد سیستم (گلوله + آونگ) خیلی کمتر از سرعت گلوله بعد از برخورد است. این سرعت نهایی که با Vf نشان می‌دهیم به راحتی با استفاده از قانون بقای اندازه حرکت خطی قابل محاسبه است.

Mv_i=(m+M) Vf

بعد از برخورد، آونگ و گلوله به ارتفاع بیشینه Yمی‌رسند و در آنجا انرژی جنبشی بعد از برخورد به انرژی پتانسیل گرانشی تبدیل می‌شود. بنابراین قانون بقای انرژی مکانیکی برقرار است، لذا می‌توان با اندازه گیری ارتفاع و مخلوط کردن دو رابطه حاصل از قانون بقای اندازه حرکت خطی و قانون بقای انرژی مکانیکی ، سرعت اولیه گلوله را بدست آورد. اصول آونگ بالستیک برای اندازه گیری سرعت گلوله بکار می‌رود.V_i= (m+M)/m √2gy در این رابطه g شتاب جاذبه زمین است.