動量與碰撞

非彈性碰撞(inelastic collision)

在非彈性碰撞中,物體相撞後,一部分運動能量消失了——變成熱、聲音、一個凹痕、一聲悶響。把一團油灰丟到地上,它只會「啪」地攤開,完全不反彈;讓兩輛車猛撞,動能就跑進扭曲的鋼板裡。這正是大多數真實、日常碰撞的樣子。

精確的說法是:非彈性碰撞使動量守恆,但動能「不」守恆。碰撞前的總 m 乘以 v 等於碰撞後的總 m 乘以 v,這和任何碰撞一樣;但碰撞後的總 1/2 m v^2 比碰撞前小。消失的動能並沒有被毀滅——整體能量仍然守恆——它只是轉換成了別的形式,例如熱能、聲音與永久的形變。

非彈性碰撞可以按「損失多少能量」排在一條刻度上,用恢復係數 e(介於 0 與 1 之間)來衡量。彈力球幾乎是彈性的(e 接近 1);一團黏土則在另一端。最極端的情形,物體黏在一起、損失掉可能範圍內最多的動能,就是完全非彈性碰撞。

一團 4 公斤的黏土以 5 m/s 撞上一團靜止的 6 公斤黏土並黏在一起。動量:4 乘以 5 = (4+6) v,所以 v = 2 m/s。碰撞前動能 = 1/2 乘以 4 乘以 5^2 = 50 J;碰撞後 = 1/2 乘以 10 乘以 2^2 = 20 J。整整 30 J——超過一半——變成了熱與擠壓。而動量依然完美守恆。

進去多少動量就出來多少動量;不見的動能把黏土捂熱了。

動能減少並沒有違反能量守恆定律。能量只是被轉換,並沒有消失;「非彈性」專指動能——也就是看得見的運動能量——而不是指整體的能量。

又稱
kinetic-energy-losing collision非彈性碰撞