什麼是完全非彈性碰撞?
完全非彈性碰撞指的是兩個物體相撞後黏合在一起,以單一的合併質量一起運動。在這類碰撞中,動量永遠守恆,但動能並不守恆——部分能量會轉化成熱能、聲音與物體的永久變形。本計算器會幫你算出黏合後物體的共同末速度,以及碰撞過程中的總動量與所損失的動能。
使用方法
分別輸入兩個物體的質量與速度。同一方向運動的物體請用正值,反方向則用負值。計算器會輸出兩物體的共同末速度、守恆的總動量、碰撞前後的動能,以及有多少動能在碰撞中被耗散掉。
公式解析
根據動量守恆,碰撞前的總動量等於碰撞後的總動量:\(m_1 v_1 + m_2 v_2 = (m_1 + m_2)v'\)。解出共同末速度即為
$$v' = \frac{m_1 v_1 + m_2 v_2}{m_1 + m_2}$$損失的動能則是碰撞前兩物體動能總和,與合併質量以 \(v'\) 運動時動能之間的差值。
範例演算
一輛 2 kg 的台車以 3 m/s 撞上靜止的 1 kg 台車(\(v_2 = 0\)),兩者扣合在一起。末速度為
$$v' = \frac{2 \cdot 3 + 1 \cdot 0}{2 + 1} = \frac{6}{3} = 2 \ \text{m/s}$$碰撞前動能 \(= \tfrac{1}{2} \cdot 2 \cdot 3^2 = 9 \ \text{J}\);碰撞後動能 \(= \tfrac{1}{2} \cdot 3 \cdot 2^2 = 6 \ \text{J}\),因此這次碰撞共損失了 3 J 的動能。
常見問題
動量一定守恆嗎?是的——只要碰撞過程中沒有外力作用,總動量就一定守恆,即使動能不守恆也一樣。
為什麼動能會損失?在非彈性碰撞中,能量會用於使物體變形、產生熱能與發出聲音,因此碰撞後的動能會比碰撞前低。
如果兩物體朝相反方向運動怎麼辦?把其中一個速度輸入為負值即可。動量的帶正負號加總,會同時決定末速度的大小與方向。