Cisimlerin Birbirine Çarpması

İki ya da daha fazla cismin birbirine çarpması çeşitli olayların doğmasına yol açar. Birbirine çarpan iki cismin meydana getireceği olayların üzerlerinde durulacak bir yanı olmadığını düşünenler olabilir aranızda. Oysa, çarpışmanın doğurduğu olaylar mekaniğin en önemli ve en karmaşık bölümünü meydana getirirler. Bu olayların başlıca nitelikleri şunlardır: Her şeyden önce esnek cisimlerle esnek olmayan cisimlerin çarpışması arasında bir ayırım gözetmek gerekir. Esnek bir cisim, biçimi bozulduktan sonra kendiğilinden eski biçimini alan bir cisimdir. Örneğin çelik bir küre esnek bir cisimdir. Maddenin niteliklerini incelerken çelik bir kürenin esnek olduğunu öğrenmişizdir. Nitekim bir mermerin üstüne düşen çelik bir küre,sadece çarpışma noktasında ezilir. Bu noktanın hemen ardından yeniden yuvarlaşır. Esnek olmayan bir cisim ise, biçimi bozulduktan sonra eski biçimini almayan bir cisimdir. Örneğin kilden yapılmış bir yuvarlak esnek olmayan bir cisimdir. Gerçekte, kusursuz bir esnek cisimle kusursuz olmayan bir esnek cisim hemen hemen yok gibidir. Esnek cisimlerin en belirgin örneği sayılan çelik ya da fildişi küreler, biçimlerinde meydana gelen bozulmanın çok az da olsa izini taşırlar. Nitekim bilardo oyununda kullanılan toplar çok geçmeden, ilk zamanki kusursuz yuvarlaklıklarını yitirirler. Öte yandan esnek bir cisim olmayan kilden yapılmış bir küre de, biçimi bozulduktan sonra, çok ufak ölçüde de olsa eski biçimini almaya gayret eder. Bununla birlikte yukarda yazdığım tanımlamaları benimsemekten başka bir çaremiz yoktur. Çarpışmalarda, esnek cisimlerle esnek olmayan cisimler çeşitli davranışlar gösterir. Bu davranışları yöneten kurallar da oldukça karmaşıktır. Bu kurallar hakkında toplu bir bilgi vermekle yetineceğim. Esnek olmayan cisimlerin çarpışması: Kilden yapılmış, yani esnek olmayan iki küre alalım. Kürelerin boyutları birbirine eşit olsun. Aynı hızla ikisini birbirine doğru yuvarlayalım. Küreler birbirine değince yapışmamaları için üzerlerini şellakla (gomlak) cilalayalım. Şimdi aklımıza gelen ilk soru şudur: İki küre birbirine çarpınca ne olacaktır? Bu sorunun cevabı çok basittir: Kürelerin birbirine eşit ve karşıt kuvvetleri birbirini değersiz kılacağından, küreler çarpıştıkları noktada duracaktır. Bundan sonraki deneyde kürelerden birinin içine ufak bir kurşun bilye yerleştirelim. Yani kitlesini, öbür küreninkine oranla daha büyütelim. Aynı deneyi tekrarlayarak küreleri çarpıştıralım. Bu kez, çarpışmadan sonra iki küre de, kitlesi daha büyük olan kürenin yuvarlanmakta olduğu yönde yol alacaktır. Ancak kürelerin hızı ilk hızdan çok daha az olacaktır. Aynı kitleye sahip yuvarlaklardan birinin hızı öbürkünden daha fazla olursa, çarpışmadan sonra yine yukardaki sonuç elde edilir. Şimdi de kilden yapılmış kürenin, belirli bir hızla yol alarak, hareketsiz durmakta olan, aynı boyuttaki bir başka kil küreye çarptığını düşünelim. Bu kezç, iki küre de, daha düşük bir hızla, ilk kürenin yönünde ve aynı hızla yol alacaktır. Nihayet, kilden yapılmış bir küre, kendisinden çok daha büyük hareketsiz bir engele, örneğin bir duvara çarpacak olursa hiç zıplamadan duvarın önünde duracaktır. Esnek cisimlerin çarpışması.. Şimdi de esnek cisimlerin yukardaki deneylerde ne sonuçlar verdiğini incelemeye çalışalım: Aynı boyutta iki çelik küre, aynı hızla birbirine doğru yol alacak olursa, çarpışmadan sonra, yine aynı hızla, fakat bu kez ters yönde yollarına devam ederler. Eğer başlangıç hızları birbirinden değilik olursa, çarpışmadan sonra hız değiştirerek, ters yönde yol alırlar. Yani daha önce yavaş gitmekte olan küre bu kez daha hızlı, daha önce hızlı gitmekte olan küre ise daha yavaş yol alır. Eğer kürelerin hızları birbirine eşit, fakat kitleleri ayrı olursa, (örneğin kürelerden birinin içinin boşaltılmış olduğunu varsayalım) çarpışmadan sonra, kitlesi daha küçük olan küre, daha büyük bir hızla ilk yöne ters bir yönde yol alacaktır. Kitlesi daha fazla olan küre ise hızı azalmış olarak aynı yönde yoluna devam edecektir. Çelikten yapılmış bir küre herhangi bir hızla, aynı boyuttaki hareketsiz bir çelik küreye çarpacak olursa, ikinci küre aynı hızla birinci kürenin yönünde harekete geçecektir. Buna karşılık birinci küre, çarpışma noktasında hareketsiz kalacaktır. Çelikten yapılmış bir küre, örneğin bir mermer şerit gibi, büyük kitleli hareketsiz bir engele çarpınca, aynı hızla ilk yönünün tersine zıplayacaktır. Nihayet çelikten yapılmış bir küre, arka arkaya dizilmiş bir sıra kürenin en başındakine çarpacak olursa, sıranın en sonundaki küre aynı hızla, ilk kürenin yönünde harekete geçecek, bütün öbür küreler hareketsiz kalacaktır.