動量與碰撞

一維碰撞(one-dimensional collision)

一維碰撞是正面對撞,一切都沿著一條直線運動——碰前碰後都是。軌道上的兩節火車車廂、氣墊軌上的兩台滑車、沿同一道溝相向滾來的兩顆球:戲全發生在一個軸上,於是我們可以拿掉箭頭,只用正負號來表示方向。

在一條線上,動量守恆就是一條乾淨的方程式:m1 v1 + m2 v2 = m1 v1' + m2 v2',其中帶撇的符號代表碰撞後的速度,向左的速度就加個負號。對一維彈性碰撞,再加上動能方程式,兩者合起來就能給出兩個最終速度的乾淨公式。對一維完全非彈性碰撞,兩物共用一個最終速度,光靠動量守恆就能解出來。

一維情形是初學者該起步的地方,因為向量的記帳工作縮成了小心處理正負號。把它練熟,二維碰撞不過就是把同一套規則,分別套用到 x 分量與 y 分量上。

滑車 A(2 公斤、+3 m/s)與滑車 B(1 公斤、-3 m/s)正面相遇並黏在一起。動量:2(+3) + 1(-3) = +3 kg m/s = (2+1) v',所以 v' = +1 m/s——連在一起的滑車慢慢向右漂,正是 A 那較大動量所指的方向。

在一條線上,方向只是一個正負號;這裡正向一方以 3 kg m/s 勝出。

正負號要一致:選定一個方向為正,之後每一個速度——碰前碰後——都照這個約定。指向另一邊的速度一定要帶負號,否則動量就加不平。

又称
head-on collision1D collision一維碰撞正面碰撞