English 中文(简体)
Atmosphere

Atoms

Celestial Bodies

Circuits

电路 (diàn lù)

电路 (Diànlù)

电路

通信系统Pdf

二极管

地球科学

电荷


Electricity

电磁波

电磁

静电学

能量

流体

武力

Force

摩擦

万有引力


动力学理论


磁性

运动

自然资源

核物理学

光学

Optics

Oscillation

Pressure

Quantum physics

Radioactivity

Scalars and Vectors

Scientific Method

Semiconductors

Solid Deformation

Sound

System of Particles and Rotational Dynamics

Thermal Properties of Matter

Thermodynamics

Units and measurements

Waves

Work, Energy and Power

Physics Experiments

一维和二维的弹性和非弹性碰撞
  • 时间:2024-12-22

Introduction

在我们的日常生活中,我们经历了许多种碰撞。例如,在板球比赛中,一个球与球棒相撞。在碰撞之前,球和球棒的方向是朝着对方的,而在碰撞之后,球的能量、速度和方向都会发生变化。在碰撞中,粒子之间的相互作用持续时间很短,但施加的力相对来说非常强。碰撞可以是弹性的,也可以是非弹性的。

What is Elastic Colpsion?

在弹性碰撞过程中,碰撞物体的动能或线动量是恒定的,或者简单地说是守恒的,这意味着动能完全没有损失。粒子的碰撞是有弹性的。

What is an Inelastic Colpsion?

在非弹性碰撞过程中,即系统的动能,存在能量损失,这意味着能量不守恒,粒子相互粘附,然后移动。动量保持守恒。初始动能总是大于最终动能。

Types of Colpsion

碰撞主要有两种类型:一种是弹性碰撞,另一种是非弹性碰撞。在第一种情况下,动能是恒定的,而在第二种情况下动能是不守恒的。

Law of Conservation of Linear Momentum

正如我们所知,动量是物体质量和速度的乘积。根据线性动量守恒定律,如果一个物体与另一个物体碰撞,碰撞前物体的总动量等于或等于碰撞后物体的总动能。

设碰撞前的初始速度为$mathrm{u1}$和$mathrm{u2}$。碰撞后的最终速度为$mathrm{v_{1}}$和$mathrm{v_{2}}$。质量是恒定的,因此碰撞后质量保持恒定。力具有相等和相反的反作用力。

$$mathrm{F_1=-F_2}$$

$$mathrm{m_1 a_1=-m_2 a_2}$$

$$mathrm{m_1frac{(v_{1}-u_{1})}{t}=-m_2frac{$$

时间t已取消

$$mathrm{m_1 v_{1}-m_1 u1=-m_2 v_{2}+m_2 u2}$$

$$mathrm{m_1 v_{1}-m_1 u1=m_2 u_{2}-m_2 v_2}$$

$$mathrm{m_1 v_{1}+m_2 v_2=m_2 u_{2}+m_1 u1}$$

或者$$mathrm{m_1 u_{1}+m_2 u_2=m_1 v_{1}+m_2 v_2}$$

因此,碰撞前的总动量等于或等于碰撞后的总动量。

Elastic Colpsion in One Dimension

Fig:1 Elastic colpsion in one dimension

假设两个质量为$mathrm{m_1}$和$mathrm{m_2}$的物体或物体以直线或均匀线移动,初始速度为$matherm{u1}}$,$mathr姆{u2}}$($mathrm{u{1}}$大于$mathr姆·{u{2}}$),并且在物体碰撞后,它们的速度变为$mathrem{v_1}$和$mathrm{v_2}$as($mathrem{v_2}$大于$mathrm{v_1}$)

根据动量守恒定律,

$$mathrm{m_1 u_{1}+m_2 u_2=m_1 v_{1}+m_2 v_2}$$

$$mathrm{m_1 u_{1}-m_1 v_1=m_2 v_{2}-m-2 u2}$$

$$mathrm{m_1(u_{1}-v_1)=m_2(v_2-u_2)::…。(1)}$$

根据能量守恒定律,KE是守恒的

$$mathrm{frac{1}{2}m_1u_1^{2}+frac{1}{2}m-1u_2^{2中}=frac{1}}{2}m2v_1^{2}+frac{1}$$

$$mathrm{frac{1}{2}m_1u1^{2}-frac{1}{2}m_1v_1^{2}=frac{1}{2}m_2v_2^{2}-frac{1}$$

$$mathrm{frac{1}{2}m_1(u1 ^{2}-v_1 ^{2中})=frac{1}{2}m_2(v_2 ^{2}-u2 ^{2})}$$

$$mathrm{m_1(u1^{2}-v_1^{2})=m_2(v_2^{2}-u_2^{2*):::…。(2)}$$

将等式(2)除以(1)

$$mathrm{frac{m_1(u1^{2}-v_1^{2})}{m-1(u1-v_1)}=frac{m_2(v_2^{2}-u_2^{2*)}$$

$$mathrm{frac{(u1+v_1)((u1)-v_1)}{(u1)-v_1$$

(由于取消了相同的值)

$$mathrm{(u1+v_1)=(v_2+u2)}$$

$$mathrm{(u1-u_2)=(v_2-v_1)}$$

因此,碰撞前的相对速度$mathrm{(u1-u_2)}$等于碰撞后的相对碰撞$mathrm{(v_2_v_1)}$。

Elastic Colpsion in Two Dimension

从能量守恒的角度来看,

碰撞前保持的总动能(KE)总是与碰撞后保持的总能量(KE)相同或相等。

$$mathrm{frac{1}{2}m_1u_1^{2}+frac{1}{2}m-1u_2^{2中}=frac{1}}{2}m2v_1^{2}+frac{1}$$

(1/2将被取消,所以我们有)

$$mathrm{m_1 u1 ^{2}+m_1 u2 ^{2}=m_2 v_1^{2中}+m_2 v_2^{中}}$$

由于线性动量是恒定的,

碰撞前保持的总线性动量与碰撞后保持的总线动量相同。对于水平组件

$$mathrm{m_1 u_{1}+m_2 u2=m_1 v_{1}:cos heta+m_2 v_2:cos heta}$$

对于垂直组件

$$mathrm{0=m_1 v_{1}sin heta+m_2 v_ 2 sin heta}$$

四个未知量,即$mathrm{m_1,m_2,v_1,u2,heta}$,通过测量四个未知量中的一个,可以求解其他三个未知量的值。

Inelastic Colpsion in One Dimension

在非弹性碰撞中,物体相互粘附,并以与速度相同的方向运动。动量是守恒的,但动能可能会变化,并改变为不同类型的能量。由于物体相互粘连,动量守恒为,

$$mathrm{m_1 u_{1}+m_2 u2=(m_1+m_2)v}$$

在这里,最终速度变为v,我们发现v的值为:

$$mathrm{v=压裂{m_1 u_{1}+m_2 u2}{(m_1+m_2)}}$$

同样损失的动能由,

$$mathrm{KE=frac{1}{2}m_1u_{2}-frac{1}{2}(m_1+m_2)v_2}$$

Inelastic Colpsion in Two Dimension

正如我们所知,任何粒子系统的总线性动量都将保持不变,这意味着总初始动量等于总最终动量。

正如我们所拥有的,

$$mathrm{m_1 u_{1}+m_2 u2=m_1 v_{1}:cos heta+m_2 v_2:cos heta}$$

$$mathrm{0=m_1 v_{1}sin heta-m2 v_ 2 sin heta}$$

Inelastic colpsion in two dimension

当主体彼此粘附时,

$$mathrm{m_1 u_{1}cos heta+m_2 u2=(m_1+m_2)v:cos heta}$$

因此,左边的动量等于右边的线性动量,这是最终的动量。这就是完全非弹性碰撞的方程。碰撞后的速度变得相同。所以最终速度表示为v。

Examples of one and two dimension colpsion

与碰撞有关的一些示例包括:

    当你把篮球打在地上时,它会弹回到你身边。在这种情况下,动能保持不变,这意味着这个例子是弹性碰撞。

    小粒子和原子之间的碰撞也是弹性碰撞的一个例子。

    一个男孩在地上踢足球就是非弹性碰撞的一个例子。

    一个扔到墙上的泥球粘在上面,这是非弹性碰撞。

    如果两辆车相撞就是非弹性碰撞的一个例子。

    如果一个粘土球掉到某个高度,它也会由于非弹性碰撞而粘住。

Conclusion

这个关于碰撞的教程可以看作是线性动量守恒的一个应用。物理学中的各种技术都利用这些概念来了解更多关于碰撞的信息

FAQs

Q1.公交车撞树是哪种类型碰撞的一个例子

在这个例子中,动能(KE)不是恒定的,所以它是非弹性碰撞。

Q2.非弹性碰撞的动能是常数吗

答:不,在非弹性碰撞中,动能(KE)永远不可能是守恒的或恒定的。

Q3.在非弹性碰撞的情况下,动量是恒定的吗

答:是的,在非弹性碰撞中动量是恒定的。

Q4.定义动量守恒

根据动量守恒定律,碰撞之前的动量之和与碰撞之后的总动量之和相同。

问题5.有些物体与其他物体发生碰撞,这是哪种类型的碰撞

Ans.非弹性碰撞