王麗珍

【摘要】碰撞是自然界中的一種普遍現(xiàn)象，也是一種基本的相互作用形式，無(wú)論在宏觀世界還是粒子物理領(lǐng)域都是一個(gè)極具應(yīng)用價(jià)值、值得深究的問(wèn)題。在研究碰撞問(wèn)題時(shí)，動(dòng)量守恒和能量轉(zhuǎn)化一直備受關(guān)注。我們有必要對(duì)碰撞過(guò)程中物體之間的動(dòng)能轉(zhuǎn)化做細(xì)致深入的理解。這里重點(diǎn)從原理上建立碰撞模型來(lái)說(shuō)明一些動(dòng)能損失的相關(guān)問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】碰撞? ?動(dòng)量守恒? ?能量守恒

碰撞，是建立在動(dòng)量守恒條件下的相互作用模型，從原理上看，內(nèi)力沖量矢量和為零，對(duì)系統(tǒng)的總動(dòng)量不產(chǎn)生影響，但是物體之間的相互作用力可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)做功，人們之所以對(duì)之多加討論，是緣于內(nèi)力做功對(duì)各部分運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的破壞性，或者內(nèi)力作用下功能轉(zhuǎn)化后新的能量形式對(duì)系統(tǒng)的影響。所以這里我們簡(jiǎn)化出一種物理模型結(jié)合功能轉(zhuǎn)化關(guān)系來(lái)理解動(dòng)能轉(zhuǎn)化損失。

我們知道如果兩個(gè)在同一直線上運(yùn)動(dòng)的物體組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒 ， 當(dāng)兩物體共速時(shí)總動(dòng)能最小，因此對(duì)應(yīng)著其他能量的最大值，例如重力勢(shì)能，彈性勢(shì)能或者摩擦產(chǎn)生的熱量， 所以上述推論在分析動(dòng)量守恒類問(wèn)題的臨界問(wèn)題時(shí)具有重要的應(yīng)用，例如以下幾種情況。

以上模型內(nèi)力分別為物塊（子彈）與木板之間的滑動(dòng)摩擦力，彈簧對(duì)物體的彈力，曲面和物塊之間的彈力內(nèi)力對(duì)系統(tǒng)做功為零，系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)力做功實(shí)現(xiàn)了動(dòng)能向勢(shì)能的轉(zhuǎn)化。

例題1：如圖所示，A、B兩個(gè)木塊用輕彈簧相連接，靜止在光滑水平面上，質(zhì)量分別為99m、100m。一顆質(zhì)量為m的子彈以速度v0水平射入木塊A內(nèi)沒有穿出，則在以后的過(guò)程中彈簧彈性勢(shì)能的最大值為多少？

子彈和A系統(tǒng)屬于完全非彈性碰撞模型，子彈和A向右運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，對(duì)于子彈，A，B系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，彈簧彈力是內(nèi)力，彈力對(duì)B做正功，對(duì)A做負(fù)功，當(dāng)三者速度相同時(shí)，彈性勢(shì)能最大。

例題2：m2套在光滑水平桿上，通過(guò)輕繩與 m1相連，某時(shí)刻，m1受到水平方向的沖量I，求m1能夠上升的最大高度。

系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒。只要二者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，m1在輕繩彈力作用下克服重力做功，系統(tǒng)的動(dòng)能朝重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化。當(dāng)二者在水平方向上達(dá)到共同速度時(shí)，小球上升到最高點(diǎn)，系統(tǒng)動(dòng)量損失最大，損失動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，m1上升到最大高度。

【參考文獻(xiàn)】

[1]動(dòng)量守恒類問(wèn)題中一個(gè)重要推論及其應(yīng)用? ?梁小海

[2]碰撞過(guò)程中的動(dòng)量守恒和能量損失研究? 王澤昊

[3]完全非彈性碰撞中動(dòng)能轉(zhuǎn)化的六種形式 于興桓