§3-4  碰撞

    一、碰撞现象

    当两个或两个以上的物体互相接近时, 在极短的时间内, 它们之间的相互作用达到相当大的数值, 致使它们的运动状况突然发生显著变化, 这种现象称为碰撞。
日常生活中属于碰撞的物理现象是很多的, 如锻打、打桩、球的撞击、人跳上车或跳下车,以及子弹射入物体内等。在列举的这些现象中, 发生碰撞的物体都是直接接触的。但是碰撞现象并不限于直接接触的物体, 不直接接触的物体之间也会发生碰撞。例如, 核反应过程大都属于碰撞过程, 在这些碰撞过程中参与碰撞的粒子不一定直接接触。

    在碰撞过程中, 由于物体之间的互相撞击力相当大, 作用时间又非常短, 以至作用于物体上的外力, 如重力、摩擦力以及空气阻力等相对很小, 因此动量守恒定律是适用的。另外, 能量守恒定律也总是适用的。这样, 在许多情况下大家可以不知道碰撞过程的细节, 而由这两个守恒定律原则上推知碰撞的结果。

    尽管碰撞过程能量是守恒的, 但参与碰撞的物体在碰撞前后的总动能却不一定保持不变。大家按照碰撞前后总动能是否变化, 将碰撞现象分为两类: 一类是总动能不变的碰撞, 称为完全弹性碰撞;一类是总动能改变的碰撞, 称为非完全弹性碰撞。象牙球之间的碰撞, 玻璃球之间的碰撞以及优质钢制成的球之间的碰撞, 都可看为完全弹性碰撞。原子、原子核和粒子之间的碰撞有些是完全弹性碰撞, 并且是迄今所知的惟一真正的完全弹性碰撞。除此之外, 一般的碰撞都属于非完全弹性碰撞。在非完全弹性碰撞中, 有一种特殊情形, 那就是两个物体碰撞之后结合为一体了, 这种碰撞称为完全非弹性碰撞。如两个橡皮泥小球的碰撞, 人跳上车, 正、负离子碰撞后结合成分子等, 都属于完全非弹性碰撞。

    完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞是碰撞问题中的两种极端情形, 大家可以从这两种碰撞问题的分析中, 了解碰撞现象的一些规律, 以及处理这类问题的基本方法。

       
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