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多维碰撞:解决问题
9.12
在二维碰撞中,动量在 x 方向和 y 方向上分别守恒。
例如,两名滑雪者在结冰的交叉路口相撞,并粘在一起。碰撞后,滑雪者的速度及其运动方向将如何?
两名滑雪者构成一个封闭系统。在此情况下,当滑雪者以直角相交时,我们假设正 x 轴沿第一位滑雪者的运动方向,正 y 轴沿第二位滑雪者的运动方向。
如果已知滑雪者碰撞前的质量和速度,则可以求出碰撞后滑雪者的速度和方向。
为求解最终动量分量,分别列出 x 和 y 方向上的动量守恒方程。
利用勾股定理计算出最终动量矢量的大小,由此可得到滑雪者的速度。
碰撞后滑雪者的运动方向通过动量分量的反正切函数求得。
在多个维度中,动量守恒独立地适用于每个方向。 因此,为了解决多维碰撞,我们应该分别写出每个方向的动量守恒。 为了帮助理解多个维度的碰撞,请考虑一个示例。
一辆质量为 1,200 公斤的小型汽车以 60 公里/小时的速度向东行驶,在十字路口与一辆质量为 3,000 公斤、以 40 公里/小时的速度向北…