快好知 kuaihz订阅看过栏目

 

“碰撞”在物理学中表现为两粒子或物体间极短的相互作用。 碰撞前后参与物发生速度,动量或能量改变。由能量转移的方式区分为弹性碰撞和非弹性碰撞。

词语解释

两个做相对运动的物体,接触并迅速改变其运动状态的现象。可以是宏观物体的碰撞,如打夯、锻压、击球等,也可以是微观粒子如原子、核和亚原子粒子间的碰撞。经典力学中通常研究两个球的正碰,即其相对速度正好在球心的联线上。由于碰撞过程十分短暂,碰撞物体间的冲力远比周围物体给它们的力为大,后者的作用可以忽略,这两物体组成的系统可视为孤立系统。动量和能量守恒,但机械能不一定守恒。如果两球的弹性都很好,碰撞时因变形而储存的势能,在分离时能完全转换为动能,机械能没有损失,称完全弹性碰撞,钢球的碰撞接近这种情况。如果是塑性球间的碰撞,其形变完全不能恢复,碰撞后两球同速运动,很大部分的机械能通过内摩擦转化为内能,称完全非弹性碰撞,如泥球或蜡球的碰撞,冲击摆也属于这一类。介于两者之间的即两球分离时只部分地恢复原状的,称非完全弹性碰撞,机械能的损失介于上述两类碰撞之间。微观粒子间的碰撞,如只有动能的交换,而无粒子的种类、数目或内部运动状态的改变者,称弹性碰撞或弹性散射;如不仅交换动能,还有粒子能态的跃迁或粒子的产生和湮没,则称非弹性碰撞或非弹性散射。在粒子物理学中可借此获得有关粒子间相互作用的信息,是颇为重要的研究课题。

碰撞过程时间极短,所以内力总是大于外力,动量必守恒。

(1)碰撞一般分为压缩阶段和恢复阶段两个过程。

(2)碰撞可以分为以下几类:完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞和非完全弹性碰撞。

碰撞中的能量转化

在压缩阶段中物体的动能转化为其他形式的能量,而在恢复阶段中其他形式的能量转化为动能

在完全弹性碰撞中,碰撞前后总动能不变。

分类

按能量角度分类

理想弹性碰撞

两个物体互相碰撞,能量不转换为内能(如热或变形)。按照热力学第一定律,碰撞前动能和与碰撞后动能和相等。在动量守恒定律中碰撞前的动量(向量)和同样等于碰撞后的动量和。

理想弹性碰撞在宏观上是一个物理模型。由于摩擦和其他因素的存在,系统总会损失动能。相关的模型如台球和橡胶球。

在原子和基本粒子的碰撞中,依据量子力学存在一个最小能,这个最小能给原子或其他粒子以推动力,或在量子物理学中创造和和转换粒子提供必要条件。这个能量仍然不足以发生理想弹性碰撞。

按照热力学第一定律,碰撞前后的动量和必须相等。

动量的方向不可忽略,因为向量和在n维空间(n>1)中是一个大数值。向量平方在能量守恒定律中视作标量。因此请注意,以下算式中速度与碰撞方向相同(相切),而不是相交。

在二维或多维空间中必须将碰撞依据碰撞角拆开分析。

非弹性碰撞

在“非弹性碰撞”中一部分动能转化为内能(U)。当物体在碰撞时发生变形或发热时,碰撞称为“非弹性的”。

非弹性碰撞满足动量守恒,但不满足机械能守恒(部分转换为内能)。

完全非弹性碰撞

在完全非弹性碰撞中,碰撞后完全不反弹,尽可能多的动能部分转化为内能,则在这种碰撞系统中动能损失最大。因此两个物质在碰撞后“粘”在一起并按照相同的速度继续飞行。例如两个橡皮泥球在碰撞后互粘在一起并按同一速度继续移动。

超弹性碰撞

在超弹性碰撞中内能转换超过最少中一个碰撞物的动能。其动能在此次碰撞后大于其碰撞前的动能。数学表达同总述的非弹性碰撞,为U < 0。

按碰撞角度分类

正碰(direct impact )

一个运动的球与一个静止的球碰撞,碰撞之前球的运动速度与两球心的连线在同一条直线上,碰撞之后两球的速度仍会沿着这条直线。这种碰撞称为正碰,也叫对心碰撞。

斜碰(oblique impact)

一个运动的球与一个静止的球碰撞,如果碰撞之前球的运动速度与两球心的连线不在同一条直线上,碰撞之后两球的速度都会偏离原来两球心的连线。这种碰撞称为斜碰,也叫非对心碰撞。

物体对障碍物的碰撞

一物体对某固定物体如地面、墙的碰撞属此类型,也可分为正碰撞和斜碰撞。

物体对可转动物体的碰撞

当物体甲与可绕O轴转动的物体乙发生碰撞时,物体乙突然获得一角速度变化(图4)。一般在乙的支承O处也立刻产生一碰撞反力,其大小跟碰撞作用的位置,即距离OO1有关。但在特殊条件下,悬挂物体虽受冲击力,其约束力仍可为零。

其他类型的碰撞

散射

粒子物理,原子物理或者当一个光子作为碰撞物之一时,碰撞也称为散射,散逸或漫射。当一个粒子在碰撞中向另一个能级跃迁时,也称作非弹性碰撞(非弹性散射)。当多数光子参与一个非弹性散射时会改变其总波长。相关请参阅散射和散射原理。

反应碰撞

反应碰撞来自反应,如化学反应或通过高能粒子在量子物理学中的碰撞产生新的粒子。在此必须注意,碰撞前后不同的粒子提供了能量和动量。在碰撞过程中速度变化的同时也存在粒子质量和数量的变化。

反应碰撞的一种类型如“电负性交换”:一个原子,分子或离子,一个或多个电子交换的原子物理学过程。很可能在此过程中一个电子给其中一个碰撞物带上正电性。如太阳风中的正电子(参见高能离子)通过彗星周围的气层时被捕获并发出x射线。

应用

用碰撞时产生的巨大碰撞力来产生巨大瞬时力,如各种冲压机、打桩机、炮弹穿甲等。相反地,有时要 避免巨大碰撞力的危害,采用各种缓冲装置,如弹性体或液压缓冲器,以延长碰撞时间,从而减小碰撞力。碰撞已成为现代工程技术中一个重要的力学问题。巨大的碰撞力和连续作用的碰撞,对材料的强度和疲劳有很大影响。此外,仪表、装置和设备应保证在其载体受到碰撞和冲击载荷时,能够正常工作,不致松动、失灵和损坏。

投稿
非常不爽,删了吧! 相关词条:文化 语言文字 词语 物体 弹性 相对运动 动能 物理 固定 距离 粒子 原子 失灵