ฟิสิกวันนี้ : การชน และชนิดของการชน

การชน(Collision)

การชน หมายถึง การที่วัตถุหนึ่งกระทบกับอีกวัตถุหนึ่งในช่วงเวลาสั้น ๆ หรือในบางครั้งวัตถุอาจไม่ต้องกระทบกันแต่มีแรงมากระทำต่อวัตถุแล้วให้ผลเหมือนกับการชน ก็ถือว่าเป็นการชนกันลักษณะหนึ่ง 

ชนิดของการชน  

การชนในหนึ่งมิติมี 3 ลักษณะ

1.      การชนแบบยืดหยุ่น (Elastic collision)

2.      การชนแบบไม่ยืดหยุ่น (Inelaltic collision)

3.      การชนแบบไม่ยืดหยุ่นสมบูรณ์

การชนในสองมิติมี 2 ลักษณะ

1.      การชนในสองมิติแบบยืดหยุ่น

2.      การชนในสองมิติแบบไม่ยืดหยุ่น  

3.      การชนในสองมิติแบบไม่ยืดหยุ่นโดยสมบูรณ์

  การชนในหนึ่งมิติ หรือการชนในแนวเส้นตรง 

ลักษณะการชนแบบนี้โมเมนตัมของวัตถุที่มาชนกันจะมีทิศทางขนานและอยู่บนแนวเส้นตรงเดียวกัน  กรณีที่วัตถุมีขนาด ในเบื้องต้นจะพิจารณาเสมือนวัตถุมีมวลรวมอยู่ตำแหน่งเล็ก ๆ อันหนึ่งซึ่งเรียกว่า  จุดศูนย์กลางมวล ความเร็วของจุดศูนย์กลางมวลจะมีค่าเสมือนกับความเร็วของวัตถุทั้งก้อน ดังนั้นความเร็วของวัตถุจะมีทิศทางผ่านจุดศูนย์กลางมวลเสมอ 

การชนแบบนี้ยังแบ่งออกได้เป็น 3 ชนิด  ดังต่อไปนี้  คือ 

1.      การชนกันแบบยืดหยุ่น (Elastic collision)

การชนในลักษณะนี้ระบบของวัตถุจะมีพลังงานจลน์ก่อนชนและพลังงานจลน์หลังชนมีค่าเท่ากัน เป็นค่าคงตัวค่าหนึ่งเสมอ หรือกล่าวได้ว่าเป็นการชนที่ไม่มีการสูญเสียพลังงานจลน์ไปเป็นพลังงานรูปอื่น ๆ โมเมนตัมรวมก่อนการชนเท่ากับโมเมนตัมรวมหลังการชน บางครั้งเรียกว่า การชนแบบยืดหยุ่นสมบูรณ์  ซึ่งไม่สามารถพบเห็นได้จริงจากชีวิตประจำวัน เช่น ถ้าปล่อยลูกเทนนิสตกกระทบพื้น หากลูกเทนนิสกระทบพื้นเป็นการชนแบบยืดหยุ่น จะพบว่า เมื่อกระดอนขึ้นจากพื้น ลูกเทนนิสจะกระดอนขึ้นมาเท่ากับระดับที่ปล่อย ซึ่งในความเป็นจริงไม่เป็นเช่นนั้น 

2.      การชนแบบไม่ยืดหยุ่น (Inelaltic collision)

 เป็นการชนของวัตถุแล้วรูปร่างมีการเปลี่ยนแปลง การชนแบบนี้พลังงานจลน์ไม่คงที่ พลังงานจลน์หลังชนมีค่าน้อยกว่าพลังงานจลน์ก่อนชน เพราะว่าพลังงานจลน์บางส่วนนำไปใช้ในการเปลี่ยนรูปร่างวัตถุทำให้ บุบ ยุบ และเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานเสียงแต่โมเมนตัมรวม ก่อนการชนเท่ากับโมเมนตัมรวมหลังการชน

Ekก่อนชน       =    Ekหลังชน

3.      การชนแบบไม่ยืดหยุ่นสมบูรณ์ (วัตถุจะติดกันไป)

กรณีนี้ เมื่อชนกัน วัตถุจะติดกันไป ทำให้สูญเสียพลังงานจลน์ของระบบ คือ พลังงานจลน์ก่อนชน ไม่เท่ากับ พลังงานจลน์หลังชน พลังงานจลน์สูญเสียไปเนื่องจากการชน แต่ผลรวมของโมเมนตัม
ของระบบยังคงที่ คือ โมเมนตัมก่อนชน เท่ากับ โมเมนตัมหลังชน

การชนในสองมิติ หรือการชนในแนวเฉียง  

หมายถึงการชนของวัตถุซึ่งอยู่บนระนาบเดียวกัน แต่แนวของการชนไม่ผ่านจุดศูนย์กลางมวล  แนวการเคลื่อนที่ของวัตถุก่อนชนและหลังชนไม่อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน เช่น การชนกันของลูกบิลเลียด 

แบ่งเป็น 3 ประเภทเช่นกัน

1.      การชนใน 2 มิติแบบยืดหยุ่น
การชนใน 2 มิติเป้นการชนที่ไม่สูญเสียพลังงานจลน์ของระบบ
จะได้ว่า
ผลรวมของโมเมนตัมก่อนชน (แกน x)=ผลรวมของโมเมนตัมหลังชน (แกน x
ผลรวมของโมเมนตัมก่อนชน (แกน y)=ผลรวมของโมเมนตัมหลังชน (แกน y)

2.      การชนใน 2 มิติแบบไม่ยืดหยุ่น 
การชนใน 2 มิติแบบไม่ยืดหยุ่นเป็นการชนกันของวัตถุ ที่มีการสูญเสียพลังงานจลน์ของระบบ
จะได้ว่า
ผลรวมของโมเมนตัมก่อนชน (แกน x)=ผลรวมของโมเมนตัมหลังชน (แกน x
ผลรวมของโมเมนตัมก่อนชน (แกน y)=ผลรวมของโมเมนตัมหลังชน (แกน y)

3.      การชนแบบไม่ยืดหยุ่นโดยสมบูรณ์ (Perfectly Inelastic collision)

เป็นการชนที่มีผลรวมของโมเมนตัมของระบบคงที่แต่ผลรวมของพลังงานจลน์ของระบบไม่คงที่

และหลังจากชนแล้วมวลทั้งสองจะติดกันไป