Sunday, May 9, 2021

Grade 12 Momentum and Impulse

2  ​​ ​​ ​​​​ ​​ Momentum​​ and​​ ​​ impulse

 

In​​ Grade​​ 10​​ we​​ studied​​ motion​​ but​​ not​​ what​​ caused​​ the​​ motion,​​ in​​ Grade​​ 11​​ we​​ learnt​​ about​​ ​​ forces​​ and​​ how​​ they​​ can​​ alter​​ the​​ motion​​ ​​ of​​ an​​ object.​​ ​​ In​​ this​​ chapter​​ ​​ we​​ will​​ focus​​ on​​ what​​ happens​​ ​​ when​​ two​​ bodies​​ undergo ​​ a​​ contact​​ interaction​​ ​​ and​​ how​​ their​​ motion​​ ​​ is​​ affected.​​ ​​ We​​ learn​​ more​​ about ​​ how​​ force​​ and​​ motion​​ ​​ are​​ related.​​ ​​ We​​ are​​ introduced​​ to​​ two​​ new​​ concepts,​​ ​​ momentum​​ and​​ impulse.

 

We​​ can​​ begin​​ ​​ by​​ considering​​ ​​ some​​ ​​ scenarios​​ ​​ to​​ set​​ the​​ context. ​​ ​​ Most​​ people​​ ​​ have​​ some ​​ intuition​​ ​​ for​​ physics​​ based​​ ​​ on​​ their​​ everyday​​ ​​ experiences​​ but​​ they​​ havent​​ for-​​ malised​​ ​​ it.​​ ​​ We​​ can ​​ use​​ our​​ intuitive​​ ​​ answers​​ ​​ to​​ lead​​ ​​ into​​ more​​ ​​ structured​​ ​​ thinking​​ about​​ physical​​ events.

 

Everyone​​ has​​ experienced​​ a​​ mosquito​​ ​​ landing ​​ on​​ their​​ arm​​ and​​ it​​ can​​ happen​​ ​​ quite​​ unnoticed.​​ Consider​​ the​​ case​​ of​​ a​​ falcon​​ landing​​ on​​ your​​ arm​​ (ignore​​ the​​ sharp​​ claws​​ for​​ now).​​ ​​ You​​ would ​​ definitely​​ notice,​​ ​​ why?​​ ​​ What​​ makes​​ a​​ mosquito​​ ​​ different​​ to​​ a​​ falcon?​​ ​​ Would​​ you​​ still​​ notice​​ if​​ the​​ mosquito​​ ​​ flew​​ the​​ same​​ way​​ as​​ a​​ falcon,​​ or​​ if​​ the​​ falcon​​ copied​​ the​​ flight​​ of a​​ mosquito​​ before​​ landing?​​ You​​ probably​​ would​​ still​​ notice,​​ but​​ try​​ to​​ think​​ about​​ what​​ makes​​ them​​ so​​ different.

 

 

 

 

Look​​ at​​ a​​ motorcycle,​​ ​​ motorcar​​ ​​ and​​ truck.​​ ​​ Which​​ ​​ of​​ them​​ is​​ more​​ likely​​ to​​ result​​ in​​ less​​ damage​​ ​​ in​​ a​​ collision​​ situation,​​ ​​ why?​​ ​​ What​​ factors​​ would ​​ you​​ change​​ ​​ to​​ reduce​​ potential​​ damage.

 

 

 

 

 

The​​ factors​​ that​​ come​​ ​​ up​​ in​​ these​​ considerations​​ are​​ how​​ fast​​ things​​ are​​ moving​​ and​​ how​​ massive​​ they​​ are.​​ ​​ A​​ falcon​​ moving​​ at​​ the​​ same​​ speed​​ ​​ as​​ a​​ mosquito​​ ​​ still​​ has​​ a​​ much​​ larger​​ mass.​​ ​​ Even​​ if a​​ mosquito​​ ​​ moved​​ as​​ fast​​ as​​ a​​ falcon​​ it​​ wouldnt​​ bother​​ us​​ because​​ ​​ the​​ mass​​ of​​ a​​ mosquito​​ is​​ so​​ small.

 

If​​ a​​ motorcycle,​​ ​​ motorcar​​ ​​ and​​ truck​​ were​​ all​​ moving​​ at​​ the​​ same​​ speed​​ ​​ then​​ it​​ would​​ be​​ much​​ safer​​ to​​ be​​ in​​ a​​ collision​​ with​​ the​​ motorcycle ​​ but​​ a​​ truck​​ doesnt​​ have​​ to​​ be​​ moving​​ as​​ fast​​ as​​ a​​ motorcycle​​ to​​ have​​ a​​ huge​​ impact​​ in​​ a​​ collision​​ because​​ ​​ of its​​ large​​ mass.

 

 

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Why​​ is​​ the​​ Moons​​ orbit​​ largely​​ unaffected​​ when​​ it​​ is​​ hit​​ by​​ asteroid?

 

There​​ is​​ an​​ interplay​​ between​​ ​​ mass​​ and​​ speed​​ (ve- locity​​ to be​​ precise)​​ that​​ governs​​ what​​ would​​ hap-​​ pen​​ ​​ if​​ these​​ ​​ objects​​ ​​ came​​ ​​ into​​ ​​ contact​​ ​​ with ​​ an-​​ other​​ object. ​​ There​​ are​​ two​​ quantities​​ that​​ depend​​ on​​ mass and​​ velocity,​​ kinetic​​ energy​​ and​​ momen-​​ tum. ​​ ​​ Kinetic​​ energy ​​ is​​ something​​ ​​ that​​ we​​ learnt​​ about​​ previous.​​ ​​ Momentum​​ ​​ is​​ different​​ to​​ kinetic​​ energy​​ ​​ and​​ ​​ is​​ what​​ ​​ we​​ will​​ focus​​ on ​​ in​​ the ​​ first part​​ of​​ this​​ chapter. ​​ ​​ In​​ the​​ ​​ second​​ ​​ part​​ we ​​ will​​ cover​​ some​​ of the​​ differences​​ between​​ ​​ kinetic​​ en-​​ ergy​​ and​​ momentum.

Key​​ linked​​ concepts

 

TIP

Momentum​​ ​​ transfer

doesnt​​ require​​ a​​ contact​​ interaction​​ ​​ but​​ we​​ wont​​ consider​​ any​​ non-contact​​ ​​ scenarios​​ in​​ this​​ chapter.

 

​​ Units​​ and​​ unit​​ conversions​​ ​​ ​​ Physical​​ Sciences,​​ Grade​​ 10,​​ Science​​ skills

​​ Equations​​ ​​ Mathematics,​​ ​​ Grade​​ 10,​​ Equations​​ and​​ inequalities

​​ Techniques​​ of​​ vector​​ addition​​ ​​ Physical​​ Sciences,​​ Grade​​ 10,​​ Vectors​​ and​​ scalars

​​ Newtons​​ laws​​ ​​ Physical​​ Sciences,​​ Grade​​ 11,​​ Forces

 

 

2.2  ​​ ​​​​ ​​ Momentum  ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​​​ ​​ ESCJ7

 

 

 

 

 

 

Chapter​​ 2. ​​ ​​ Momentum​​ ​​ and​​ impulse  ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​​​ ​​ 21

 

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