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后,两个平面速度矢量v1和v2的解仍具有不定性.出现这种不定解的原因,也是物体的刚性化与质点化.某些二维弹性碰撞,给出物体的几何结构后,不仅二体,甚至多体问题都可能有唯一解(见习题3-24).回到两个质点的二维碰撞,若补充碰后某质点速度(例如v1)与平面上一个参考方向之间的夹角(例如图3-28中的),在弹性假设下,v1,v2均会有唯一解.
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例11 采用第2章例7所取的二体约化质量方法,计算二体正碰撞过程中系统动能损失量.
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解 碰撞过程中动能损失量E损由内力作功引起,因此在所有参考系中相同.正碰撞的两个质点在质点1参考系中,质点2以初速度v0对准质点1运动,碰撞后以速度v背离质点1运动,如图3-29(a)(b)所示.引入v=ev0,1≥e≥0,在质点1参考系中系统动能损失量为
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图 3-29
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其中μ即为二体约化质量.计算后可得
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转换到其他参考系,质点1,2初速分别记为v10,v20,则有
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e=1:弹性;1>e>0:非弹性;e=0:完全非弹性.
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例12 宇宙飞船在陨石碎块粒子流中,以匀速度v迎着粒子流运行.后来飞船转过头,以匀速度v顺着粒子流方向运行,此时发动机牵引力为原来的四分之一.将飞船处理成两端为平面的圆柱形,粒子与飞船的碰撞是弹性的,试求陨石粒子流速度u.
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解 陨石粒子流的密度可近似处理成常量,记为ρ,飞船端面积记为S,飞船的两种运行方向对应牵引力分别记为F1,F2.
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飞船迎着陨石粒子流运行时,碰撞前后粒子相对于飞船系的速度分别为v+u和-(v+u),粒子相对原太空系速度分别为(v+u)-v=u和-(v+u)-v=-(2v+u).dt时间内碰撞的粒子流质量为ρS(v+u)dt,动量大小的变化为
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得
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飞船顺着粒子流运行时,有两种可能情况.
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(1)v>u.
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飞船前端与粒子碰撞,碰撞前后粒子相对于飞船系速度分别为-(v-u)和(v-u),相对于太空系速度分别为-(v-u)+v=u和(v-u)+v=2v-u.dt对间内碰撞的粒子流质量为ρS(v-u)dt,得
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