碰撞特点和弹性碰撞

(整期优先)网络出版时间:2011-12-22
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碰撞特点和弹性碰撞

伍志勇

广西桂林市全州县全州高中伍志勇

碰撞:相对运动的物体相遇,在极短的时间内,通过相互作用,运动状态发生显著变化的过程叫做碰撞。从能量的角度来说,碰撞可以分为三种类型:弹性碰撞,完全非弹性碰撞,非弹性碰撞。本文主要说说碰撞的特点和完全弹性碰撞。

1.碰撞的特点

(1)物体间相互作用时间极短,相互作用的内力极大,有些碰撞尽管外力之和不为零,但在一般现象中满足内力远大于外力,故系统动量守恒:=。

(2)碰撞过程中动能不增加,即

(3)速度要符合物理情景。如果碰撞前两物体是同向,则后边物体速度必大于前边物体速度,即,碰撞后则后边物体速度小于或等于前边物体速度;否则碰撞没有结束。如果碰撞前两物体是相向运动,则碰撞后两物体的运动方向可能都改变,除非两物体碰撞后速度均为零。

例如,动量分别为5kg·m/s和6kg·m/s的小球A、B沿光滑平面上的同一条直线同向运动,A追上B并发生碰撞后。若已知碰撞后A的动量减小了2kg·m/s,而方向不变,那么A、B质量之比的可能范围是什么?

解:A能追上B,说明碰前vA>vB,即

碰后A的速度不大于B的速度,即

又因为碰撞过程系统动能不会增加,即

由以上不等式组解得:

此类碰撞问题要考虑三个因素:①碰撞中系统动量守恒;②碰撞过程中系统动能不增加;③碰前、碰后两个物体的位置关系(不穿越)和速度大小应保证其顺序合理。

2.弹性碰撞

如果在弹性力的作用下,只产生机械能的转移,系统内无机械能的损失,称为弹性碰撞(或称完全弹性碰撞)。此类碰撞过程中,系统动量和机械能同时守恒。

例如,在一光滑水平面上,有A、B两个小球发生碰撞,设碰撞前后两个小球的速度分别为,小球质量分别为m1和m2。

解:碰撞的过程动量守恒:=……①

碰撞的过程没有能量损失:

……②

连立①②解得:

2.若前静后动(常见)

解为:(1)或(2)(舍)

讨论:

①若m1=m2,则v1’=v2’,速度交换;

②若m1<m2,则v1’<0,主动球反弹;v2’>0,被动球向前;

若m1<<m2,则v1’≈-v1,主动球几乎原速反弹;v2’≈0,被动球几乎不动;(乒乓球撞铅球)

③若m1>m2,则v1’>0,主动球继续向前;v2’>0,被动球向前;

若m1>>m2,则v1’≈v1,主动球速度几乎不变;v2’≈2v1,被动球几乎以2倍速向前;(高射炮打蚊子)。