動量與碰撞
碰撞(collision)
碰撞,是兩個物體相遇、在極短瞬間彼此施加強大的力、然後帶著改變後的運動分開,所發生的事。撞球相碰、球棒擊球、汽車相撞,甚至兩個星系彼此穿過——全都是碰撞。它的定義特徵是:這場互動很猛烈,卻很短暫。
正因為接觸如此短暫,物體彼此施的力,相較於那一瞬間任何外力(摩擦力、重力)都大得多。所以在很好的近似下,這一對物體就是一個孤立系統,總動量守恆:兩個物體 m 乘以 v 的總和,在碰撞前一刻與後一刻相同。可能守恆、也可能不守恆的是動能——我們正是靠這一點把碰撞分類。
物理學家依動能的下場把碰撞分類:彈性碰撞(動能守恆)、非彈性碰撞(部分動能變成熱、聲音與形變而流失)、完全非彈性碰撞(物體黏在一起,在動量守恆仍允許的範圍內流失最多的動能)。但動量在這三種碰撞中都守恆。
兩輛各 1000 公斤的車,以 20 m/s 迎面相撞、揉成一團一起停住。撞前:動量 +20000 與 -20000 kg m/s,總和為零。撞後:殘骸靜止不動,總和為零——動量守恆。但所有動能(兩份 1/2 乘以 1000 乘以 20^2 = 200000 J)都消失進扭曲的鋼板、熱與噪音裡。這就是一次非彈性碰撞。
就算撞成廢鐵,動量仍守恆;動能卻不守恆。
常見的錯誤是以為既然兩物撞得很猛,能量就一定守恆。碰撞中(幾乎)永遠守恆的是動量;動能只有在理想化的彈性碰撞中才守恆。
又稱
另見