單擺方塊碰撞
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本單元所模擬的是單擺和置於無摩擦地面方塊做彈性碰撞,藉以探討碰撞過程中,能量

 之間的轉換。

PS.忽略摩擦力和空氣阻力

單擺長L質量M和置於無摩擦地面m 做彈性碰撞將單擺往後拉θ後釋放(白球為碰撞前的位置)

 設最低點為位能零點

單擺靜止位置和最低點之間位能差 = MgL(1 - Cosθ)

 MgL(1 - Cosθ) = ½MV ² => V = √〔2gL(1 - Cosθ)

 ∵ 最低點時和方塊碰撞 =>X方向動量守恆

M V = M V' + m v' ------(1)

動能守恆 ½MV ² = ½MV' ² + ½mv' ² --- (2)

兩個方程式兩個未知數可得

V' = (M - m) V / (M + m) (單擺碰撞後的速度)

v' = 2 M V / (M + m) (方塊碰撞後的速度)

單擺碰撞後繼續擺動最高高度 H

M g H = ½MV' ² => H = V' ² /( 2g)

單擺能量損失 = ½MV ² - ½MV' ²