Co to jest rozpraszanie sprężyste?

Rozproszenie elastyczne występuje, gdy zderzają się dwie lub więcej cząstek bez utraty energii. Oznacza to, że chociaż kierunki cząstek mogą się zmieniać, całkowita energia kinetyczna układu lub energia ruchu jest zawsze zachowana. Pojęcie rozproszenia sprężystego jest zwykle stosowane w fizyce cząstek, która jest badaniem mikroskopijnych cząstek, ale sprężyste zderzenie może również mieć miejsce między obiektami makroskopowymi. Zderzenie nieelastyczne występuje, gdy energia traci się podczas zderzenia.

Pojęcie rozproszenia sprężystego pochodzi od teorii rozpraszania, która jest zbiorem reguł i równań opisujących interakcje cząstek i fal. W makroskopowym świecie, kiedy zderzają się dwa obiekty, następuje to zwykle w wyniku zderzenia fizycznego. Jednak w fizyce cząstek obiekty mogą zderzać się z innymi siłami, w tym zderzeniami elektromagnetycznymi. Elastyczna kolizja może wystąpić między dowolnymi obiektami i w dowolnym typie kolizji.

Rozpraszanie sprężyste jest bardzo ważne w fizyce cząstek. Na przykład, gdy elektrony zderzają się z innymi cząsteczkami, zderzenie jest elastyczne, ponieważ nie dochodzi do utraty energii. Jest to znane jako rozpraszanie Rutherforda i jest to zjawisko, które doprowadziło do odkrycia struktury atomu.

W świecie makroskopowym lub fizycznym wyjątkowo mało prawdopodobne jest prawdziwe zderzenie sprężyste między dwoma dużymi obiektami. Jest to spowodowane siłami otaczającymi, a także drganiami występującymi w dużych obiektach. Są jednak sytuacje, w których kolizję można określić jako sprężystą. Jest to przydatne, ponieważ pozwala oszacować przewidywaną prędkość i kierunek dwóch obiektów po zderzeniu przy użyciu prostszych metod.

Częstym przykładem elastycznego rozpraszania w świecie fizycznym jest zderzenie dwóch bilardowych kulek. Chociaż w wyniku tego tarcia z powodu tarcia zostanie utracona niewielka ilość energii, jest ona na tyle mała, że ​​może być nieistotna. Kiedy zderzają się dwie kule bilardowe, druga kula zyskuje prawie dokładnie tyle energii, ile traci pierwsza kula, więc zachowana zostaje całkowita energia kinetyczna układu.

Nieelastyczne rozpraszanie występuje, gdy całkowita energia dwóch lub więcej zderzających się obiektów nie jest zachowana. W zderzeniach między obiektami ze świata rzeczywistego zderzenia nieelastyczne występują znacznie częściej. Wynika to głównie z dodatkowych wibracji, które wystąpią, gdy duży przedmiot zderzy się z innym, ponieważ wibracje te pochłaniają energię, która byłaby wykorzystana do ruchu. Pęd jest jednak zawsze zachowywany zarówno w zderzeniach sprężystych, jak i nieelastycznych.