動量與碰撞

完全非彈性碰撞(perfectly inelastic collision)

完全非彈性碰撞是「黏在一起」的極致撞擊:兩個物體鎖成一團,以單一共同速度離開。飛鏢射進木板、火車車廂掛接上另一節、雪球啪地砸在移動的雪橇上——撞完之後,只剩一個物體在運動。

因為它們最後一起運動,最終速度只靠動量守恆就能定下來:m1 v1 + m2 v2 = (m1 + m2) v_final。這是在仍守恆動量的前提下,損失動能「最多」的碰撞——但要注意,它並不是損失「全部」動能。如果黏成一團後仍在運動(因為總動量不為零),它就必須保留與這運動相應的那份動能。只有當總動量為零(大小相等、方向相反)時,一切才會停下,所有動能才全部轉換成別的形式。

這個特例對解題是一份禮物,因為「它們黏在一起」消掉了一個未知數:本來有兩個最終速度,現在只剩一個。它是彈道擺(子彈嵌入木塊以測其速度)背後的原理,也是車禍與掛接問題的標準第一個模型。

一顆 10 公克、速度 400 m/s 的子彈嵌入一個 2.0 公斤、靜止的木塊。它們一起以 v = (0.010 乘以 400) / (0.010 + 2.0) = 4 / 2.01 = 約 1.99 m/s 離開。動能從 1/2 乘以 0.010 乘以 400^2 = 800 J 暴跌到約 4 J——超過 99% 變成木塊內部的熱。而動量 4 kg m/s 不變。

黏在一起的碰撞:只剩一個最終速度,而幾乎所有動能都不見了。

完全非彈性並不代表一切都會停下。只有當一開始總動量就是零時,那團東西才會停;否則它必須繼續運動來帶著那份動量,並保留與之相應的動能。

又称
completely inelastic collisionobjects stick together完全非彈性碰撞