一、碰撞(Collision)
1.基本概念:
碰撞,一般是指两个或两个以上物体在运动中相互靠近,或发生接触时,在相对较短的时间内发生强烈相互作用的过程。
碰撞会使两个物体或其中的一个物体的运动状态发生明显的变化。
碰撞过程一般都非常复杂,难于对过程进行仔细分析。但由于我们通常只需要了解物体在碰撞前后运动状态的变化,而对发生碰撞的物体系来说,外力的作用又往往可以忽略,因而可以利用动量、角动量以及能量守恒定律对有关问题求解。
2.特点:
1)碰撞时间极短
2)碰撞力很大,外力可以忽略不计,系统动量守恒
3)速度要发生有限的改变,位移在碰撞前后可以忽略不计
3.碰撞过程的分析:
讨论两个球的碰撞过程。碰撞过程可分为两个过程。开始碰撞时,两球相互挤压,发生形变,由形变产生的弹性恢复力使两球的速度发生变化,直到两球的速度变得相等为止。这时形变得到最大。这是碰撞的第一阶段,称为压缩阶段。此后,由于形变仍然存在,弹性恢复力继续作用,使两球速度改变而有相互脱离接触的趋势,两球压缩逐渐减小,直到两球脱离接触时为止。这是碰撞的第二阶段,称为恢复阶段。整个碰撞过程到此结束。
4.分类:根据碰撞过程能量是否守恒
1)完全弹性碰撞:碰撞前后系统动能守恒(能完全恢复原状);
2)非弹性碰撞:碰撞前后系统动能不守恒(部分恢复原状);
3)完全非弹性碰撞:碰撞后系统以相同的速度运动(完全不能恢复原状)。
二、完全弹性碰撞
在碰撞后,两物体的动能之和(即总动能)完全没有损失,这种碰撞叫做完全弹性碰撞。
解题要点:动量、动能守恒。
问题:两球m1,m2对心碰撞,碰撞前速度分别为 ,碰撞后速度变为
动量守恒
(1)
动能守恒 (2)
由(1) (3)
由(2) (4)
由(4)/(3)
或 (5)
即碰撞前两球相互趋近的相对速度v10-v20等于碰撞后两球相互分开的相对速度v2-v1。由(3)、(5)式可以解出:
讨论:
l ,则 , ,两球碰撞时交换速度
l , 则 , , 反弹,即质量很大且原来静止的物体,在碰撞后仍保持不动,质量小的物体碰撞后速度等值反向。
l 若m2<<m1,且v20=0,则v1≈v10,v2≈2v10,即一个质量很大的球体,当它的与质量很小的球体相碰时,它的速度不发生显著的改变,但是质量很小的球却以近似于两倍于大球体的速度运动。
三、完全非弹性碰撞(Perfect Inelastic Collision)
如两物体在碰撞后以同一速度运动(即它们相碰后不再分开),这种碰撞叫做完全非弹性碰撞。
解题要点:动量守恒。
碰撞后系统以相同的速度运动
动量守恒
所以
动能损失为