โมเมนตัมเชิงเส้น

รถรางทั้ง 2 ขบวนนี้กำลังจะชนกัน เราต่างก็รู้ดีว่ามันทั้งคู่ต่างก็มี โมเมนตัม คือ P ที่จะหาค่าได้จากการนำมวล และความเร็วมาคูณกัน แต่เรื่องนี้มีสิ่งอื่นที่สำคัญกว่านั้น รถรางทั้ง 2 ขบวนก็มี พลังงานที่มาจากการเคลื่อนที่ อย่าเพิ่งสับสนกับโมเมนตัมของมันนะ เพราะนั่นมันคนละเรื่องเลย พลังงานที่เกิดขึ้นตอนที่มีการเคลื่อนที่ คือพลังงานจลน์ ซึ่งคำนวณได้จากสูตรนี้ พลังงานคือ E เท่ากับ มวล คือ m คูณด้วย ความเร็ว คือ V ยกกำลังสอง แล้วหารด้วย 2 ตรงตัว E นั้นมีตัวอักษรเล็กๆก็คือ k ที่แทนคำว่าพลังงานจลน์นั่นเอง ดังนั้นในหนังเรื่องนี้จึง พูดถึงพลังงานจลน์ มันมีหน่วยเป็นจูล ทั้งโมเมนตัมและพลังงานจลน์ นั้นแตกต่างกัน แต่พวกมันก็สำคัญทั้งคู่ เมื่อวัตถุเกิดการปะทะกัน โมเมนตัมจะรักษาสภาพการเคลื่อนที่ไว้ เมื่อวัตถุทั้งสองชนกัน แล้วพลังงานจลน์ล่ะ มันช่วยรักษาสภาพ การเคลื่อนที่ไว้ด้วยไหม? ในความเป็นจริงมันค่อนข้างผันผวนนะ มาดูตัวอย่างกันสักหน่อยแล้วกัน นี่คือยานพาหนะสองคันที่มีขนาด และมวลที่เท่ากัน พวกมันมีน้ำหนัก 0.5 กิโลกรัม โอ้ พวกมันกำลังจะชนกันแล้ว งั้นเรามาหยุดไว้ก่อนดีกว่า ก่อนมันจะชน รถรางคันหนึ่งกำลังเคลื่อนที่ มาด้วยความเร็ว 4 เมตร/วินาที และสำหรับพลังงานจลน์ที่เกิด ลองใช้สูตรเพื่อหาค่ากัน มวลคือ 0.5 กิโลกรัม คูณกับความเร็วก็คือ 4 เมตร/วินาทียกกำลังสอง แล้วหารด้วย 2 จะได้เท่ากับ 4 จูล นี่คือพลังงานจลน์ของ รถรางทางซ้าย ในขณะที่รถรางทางขวา กลับไม่มีการเคลื่อนที่ ดังนั้นจึงไม่มีพลังงานจลน์เกิดขึ้น ค่าจึงเท่ากับ 0 ทีนี้กลับมาดูหนังกันต่อ รถรางทั้งสองปะทะกันแล้ว ดูสิ! ขบวนหนึ่งของมันหยุดนิ่งไปอย่างสิ้นเชิง ในขณะที่อีกขบวน กลับแล่นต่อที่ความเร็ว 4 เมตร/วินาที แล้วคราวนี้พลังงานจลน์เป็นเท่าไหร่ล่ะ รถรางทางซ้าย มีพลังงานจลน์เท่ากับ 0 และรถรางทางขวา เคลื่อนไปที่ความเร็ว 4 เมตร/วินาที มันมีพลังงานจลน์เท่ากับ 4 จูล ที่เราเพิ่งจะคำนวณกันไปเมื่อครู่ ในการปะทะครั้งนี้ พลังงานจลน์รวมก็ยังคงเท่าเดิม คือ 4 จูล ทั้งก่อนและหลังที่มันจะชนกัน เราเรียกสิ่งนี้ว่าการชนแบบยืดหยุ่น มาทำการทดลองอีกอย่างกัน ตอนนี้รถรางทางขวา ถูกแทนที่ด้วยยานพาหนะที่เล็กกว่าเดิม มันมีน้ำหนักแค่ 0.4 กิโลกรัม และตรงนี้ก็มีรถรางอีกคัน ที่แล่นมาด้วยความเร็ว 4 เมตร/วินาที มันคือจุดที่เราหาค่ากันไปแล้ว และพลังงานจลน์ก็เท่ากับ 4 จูล พวกมันชนกันแล้ว โอ้ ตอนนี้รถรางทั้งสองได้เคลื่อนไป ในทิศทางเดียวกันแล้ว คันที่ใหญ่กว่าแล่นด้วยความเร็ว 2 เมตร/วินาที ส่วนคันเล็กนั้นแล่นเร็วกว่านิดหน่อย คือ 2.5 เมตร/วินาที แล้วพลังงานจลน์ที่เกิดเป็นเท่าไหร่ล่ะ? สำหรับพลังงานจลน์ของรถคันใหญ่จะเท่ากับ 0.5 คูณ 2 ยกกำลังสอง แล้วหารด้วย 2 ส่วนรถคันเล็กจะมีพลังงานจลน์เท่ากับ 0.4 คูณ 2.5 ยกกำลังสอง โดยมี 2 เป็นตัวหาร และคำตอบจะเท่ากับ 1 บวก 1.25 จูล นี่คือพลังงานจลน์รวมของยานพาหนะทั้งสอง ซึ่งเราสามารถประมาณค่าได้ว่า มันเท่ากับ 2.3 จูล นั่นหมายความว่าพลังงานจลน์ จะลดน้อยลง หลังจากมีการปะทะกันเกิดขึ้น ก่อนหน้านั้นพลังงานจลน์ มีค่าเท่ากับ 4 จูล นั่นคือปริมาณที่แน่นอนของ พลังงานจลน์ได้หายไป เราเรียกสิ่งนี้ว่าการชนแบบไม่ยืดหยุ่น แล้วพลังงานที่ว่ามันหายไปไหน มันก็เปลี่ยนแปลงไป บางทีก็กลายเป็นพลังงานความร้อน หรือพลังงานเสียง เราจะได้ยินเสียงเมื่อมีการชนกันของ บางสิ่งเกิดขึ้น และถ้าวัตถุนั้นมันเกิดผิดรูปร่างไป ในตอนที่ชนกัน แบบนี้มันก็ต้องใช้พลังงานนะ ว่าแต่นี่มันอะไรกัน เป็นรถรางสองขบวน ที่มีน้ำหนัก 0.5 กิโลกรัมอีกแล้ว แต่คราวนี้มีบางสิ่งที่ไม่เหมือนเดิม นั่นไง มันมีแม่เหล็กติดอยู่ด้วย พาหนะทั้งสองจะติดกันทันทีที่มันชนกัน แล้วจะเกิดอะไรขึ้นต่อจากนั้นล่ะ มาดูกัน รถรางทางซ้ายแล่นมาด้วยความเร็ว 4 เมตร/วินาที แล้วมันก็ชนกัน ใช่แล้ว พวกมันตัวติดกันอย่างที่คิดเอาไว้ และตอนนี้ก็กลายเป็นวัตถุชิ้นเดียวกัน ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 2 เมตร/วินาที มันเป็นความเร็วครึ่งหนึ่ง ที่พาหนะทางซ้ายมีก่อนจะชน และถ้าเราคำนวณหาพลังงานจลน์ ที่พาหนะทั้งสองนำนี้มารวมกัน คำตอบจะเท่ากับ 2 จูล เพราะพลังงานจลน์ได้ลดลง จาก 4 จูลเหลือแค่ 2 จูล นี่คือการชนแบบไม่ยืดหยุ่น แต่ถ้าวัตถุทั้งสองติดอยู่ด้วยกัน หลังจากที่มีการชนเกิดขึ้นแล้ว เราจะเรียกมันว่า การชนแบบไม่ยืดหยุ่นสมบูรณ์ พอจะมีตัวอย่างของการชน แบบไม่ยืดหยุ่นสมบูรณ์บ้างไหม ก็ต้องมีสิ อุกกาบาตลูกหนึ่งพุ่งชนดวงจันทร์ และกลายเป็นส่วนหนึ่งของมัน นี่คือการชนแบบไม่ยืดหยุ่นสมบูรณ์ กระสุนปืนไรเฟิลฝังลงไป ในเป้ายิงที่ทำด้วยไม้ นี่ก็ใช่อีก ดังนั้น แนวคิดที่สำคัญเรื่องการประทะ จะมีอยู่ทั้งสิ้น 3 ข้อด้วยกัน การชนแบบยืดหยุ่น เกิดเมื่อ พลังงานจลน์รักษาสภาพการเคลื่อนที่ การชนแบบไม่ยืดหยุ่น เกิดเมื่อ พลังงานจลน์ลดลง นอกจากนี้ยังมีการชนแบบไม่ยืดหยุ่น แบบความพิเศษ ที่มันจะเกิดขึ้นเมื่อวัตถุทั้งสอง ติดอยู่ด้วยกันหลังเกิดการปะทะ และมันก็คือการชนแบบ ไม่ยืดหยุ่นสมบูรณ์นั่นเอง