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动力学

碰撞守恒动量,恢复系数决定弹性

动量守恒 m₁u₁+m₂u₂=m₁v₁+m₂v₂,恢复系数 e=分离/接近,弹性与非弹性,动能留存 (1+e²)/2

两个物体相撞。碰撞前后总动量始终守恒,弹多少由一个数——恢复系数 e 决定,从 e=1 完全弹性到 e=0 粘在一起。

球 1 向静止的球 2 靠近。彼此接近的相对速率叫接近速率。拖动 v——完全弹性且质量相同时,两球互换速度。

即使质量不同,碰撞前后总动量也一样。拖动质量比:碰后速度会变,但动量条的总和不变(没有外力)。

恢复系数 e 衡量弹性:e = 分离速率 ÷ 接近速率。拖动 e,分离速率变成接近速率的 e 倍(e=1 原样弹回,e=0 粘连)。

按类型选碰撞。完全弹性(e=1)连动能都守恒,非弹性(0<e<1)损失一部分,完全非弹性(e=0)粘连、损失最多。无论哪种,动量都守恒。

拖动 e,看动能能留下多少。等质量正面碰撞中留存比例是 (1+e²)2——e=1 全部保留,e=0 只留一半,其余散成热、声和形变。

实际应用总结一下,碰撞中只要没有外力,总动量总是守恒(m₁u₁ + m₂u₂ = m₁v₁ + m₂v₂)。弹多少由恢复系数 e = 分离相对速率 ÷ 接近相对速率决定。e=1 是完全弹性(动能守恒),e=0 是完全非弹性(粘连·损失最大),之间是部分弹性。碰后速度由动量守恒式和恢复系数式联立求解。要点是:动量永远守恒,动能只在 e=1 时守恒。等质量正面碰撞中留存动能比例为 (1+e²)2。下一讲起我们从点转到旋转的刚体,用角位置、角速度、角加速度描述转动。
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