1、动量守恒:
以两球碰撞为例:光滑水平面上有两个质量分别是m1和m2的小球,分别以速率v1和v2且v1>v2做匀速直线运动。当m1追上m2时,两小球发生碰撞,设碰后两者的速率分别为v1ˊ,v2ˊ。
设水平往右为正方向动量守恒,它们在发生互相作用碰撞前的总动量:p=p1+p2=m1v1+m2v2,在发生互相作用后两球的总动量:pˊ=p1ˊ+p2ˊ=m1v1ˊ+m2v2ˊ。
设碰撞过程中两球互相斥力分别是F1和F2,力的作用时间是依据牛顿第二定理,碰撞过程中两球的加速度分别为:
依据牛顿第三定理,大小相等,方向相反,即:F1=-F2
所以:m1a1=-m2a2
碰撞时两球之间力的作用时间很短,用
表示,这样加速度与碰撞前后速率的关系就是:
代入上式,整理后可得:
或写成:
即:
这表明两球碰撞前后系统的总动量是相等的。
2、弹性碰撞:
弹性碰撞前后系统的总动能不变,对两个物体组成的系统的正碰情况满足:
即
两式联立可得:
当v2=0时,
此时若m1=m2,,这时v1'=0;v2'=0,碰后实现了动量和动能的全部交换。
若m1>>m2,,这时v1'约等于v1,v2'约等于2v1,碰后m1的速率几乎未变,仍依照原方向运动,质量小的物体以两倍v1的速率往前运动。若m2>>m1,,这时v1'约等于-v1;v2'约等于0,碰后m1按原先的速率弹回,m2几乎不动。
3、非完全弹性碰撞:
非完全弹性碰撞情况下,假若物体碰撞后,各自具有不同的速率,但系统的总动能增大,机械能损失较大。0
4、完全非弹性碰撞:
物体A碰撞物体B,碰撞前,物体A的质量mA=m1,物体A的速率vA=v1,物体B的质量mB=m2,物体B的速率vB=v2。
因为物体A碰撞物体B,于是v1≠v2,v1≠0,v2≠0,若v1与v2等大反向,则v1≠0,v2≠0,v1≠v2,v2=-v1,v1-v2=v1-(-v1)=2v1,当v1=0且v2=0时,物体A不碰撞物体B且v1与v2同向。
碰撞前,物体A与物体B的总动量P
因为m1、v1、m2、v2为定值,于是P为定值,物体A与物体B的总动能Ek
碰撞后,物体A的质量mA=m1,物体A的速率vA=v'1,物体B的质量mB=m2,物体B的速率vB=v'2,物体A与物体B的总动量
因为物体A与物体B的总动量不变,于是
因为P为定值,于是P'为定值,物体A与物体B的总动能
因为能量可能会损失,于是
当v'1=v'2时,物体A与物体B的总动能Ek'最小。当物体A与物体B的总动能Ek'最小时,v'1=v'2,这些碰撞称作完全非弹性碰撞。
扩充资料:
动量守恒定理是自然界最普遍、最基本的规律之一。除了适用于宏观物体的低速运动,也适用与微观物体的高速运动。小到微观粒子,大到宇宙天体,无论内力是哪些性质的力,只要满足守恒条件,动量守恒定理总是适用的。
适用条件:
系统不受外力或则所受合外力为零;系统所受合外力似乎不为零,但系统的内力远小于外力时,如碰撞、爆炸等现象中,系统的动量可看成近似守恒。
系统总的来看不符合以上条件的任意一条,则系统的总动量不守恒。并且若系统在某一方向上符合以上条件的任意一条动量守恒,则系统在该方向上动量守恒。
参考资料: