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发表于 2013-5-11 16:24:27
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球和固定面碰撞的力学分析。
1, 假定条件
a,完全弹性碰撞。(碰撞前后无动能损失)
b,不计摩擦。
c, 球做平移,无转动。
d,固定面质量极大,碰撞后无移动。
2,初始条件:
球质量 m,以速度 V1 (下划线表示矢量,下同)平移运动。
球和固定面的接触点的公切线为 X轴,公法线为 Y 轴。
V1 和公切线的夹角为 α ,
3,分析:
a, V1 的 X方向分量(对切线的投影)为 V1x, Y 方向分量(对法线的投影)为V1y。
b, 设 V2 的 X方向分量为 V2x, Y 方向分量为V2y。
c, X 方向球在碰撞前后无外力,所以动量守恒。 即 mV2x = mV1x。
d,在 Y 方向球在碰撞前后受到固定面的作用力,由于是完全弹性碰撞,而且固定面不动,速度为0,不吸收能量。系统没有有能量损失,所以碰撞前后的速度相等,方向相反。(即正碰撞,原速返回。) 所以 mV2y = - mV1y 。
e,碰撞后的速度 V2 的两个分量大小和原来一样,所以可以证明入射角等于反射角。
4,论证中,并没有使用固定面的曲率,或球面、柱面的半径,它可以是平面,也可以是球面,甚至可以是凹面 (最不可能碰撞后切向移动)。这就说明入射角和反射角的关系,对平面和柱面是一样的。实际上平面就是半径很大的柱面。
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