臺球中的碰撞分析

1、,本文不過多考慮碰撞前后的運動細節(jié)。只考慮碰撞的兩球的速度變化以及此后的大致運動狀況。,,,,A,B,,V,如圖所示，球A具有速度v，角速度w，而球B靜止的位于臺面上。球A正向球B運動過去。,,,,,下面將就角速度w的大小和方向來討論兩球相撞后的運動狀況。,W,,1.角速度w=0,此時，兩個臺球碰撞時可分為正碰和斜碰兩種，如圖1和圖2所示：,,,,,,,,,圖1,圖2,v,v,a,. 正碰很簡單，球A與球B相互交換速度，即球A靜止，而球

2、B以速度v向前運動,A,B,A,B,,,,,v,A,B,,,,,,,,,,A,A,B,B,,,,V,vB,vA,,其中，vB為沿球A與球B的圓心連線方向 vA與vB垂直，并且它們的合向量就是球A的初速度v。,b. 球A與球B發(fā)生斜碰時，在碰撞的瞬間，若忽略兩球間的摩擦力，則兩球只在球心連線方向上用作用力，由于兩球的碰撞近似于彈性碰撞，所以碰后球的運動將如下圖所示:,,,vB,vA,V,2.角速度w不為零，且方向為

3、從里向外。,,,,,v,W,,A,B,,a. 先來看兩球發(fā)生正碰時的情況,碰撞后的瞬間，球B獲得了速度v,而球A相對于臺面，已沒有了初速度v,只剩下轉(zhuǎn)動的角速度w。,此后，對于球A,由于受到球與臺面間的摩擦力的作用，將向后加速，并且由牛頓定律，和角動量定理，可列出如下方程：,,,,,v,W,,A,B,,,mdv = - f；,Idw = - f r；即0.4mrdw = - f ;,所以：mv+0.4mwr 是個守恒量；由純滾動時：

4、v=w r得：v=2/7 w r：,就是說，若球A沒碰到什么阻礙，它將最終達到一個速度v,且v略小于2/7w r，此時球A將作純滾動，并在滾動摩擦力矩的作用下漸漸停止。,對于球B,也類似，只不過它的最終速度為 v=5/7 v0,即若球B沒碰到什么阻礙，它將最終達到速度v,且v略小于5/7 v0，此時球B將作純滾動，并在滾動摩擦力矩的作用下漸漸停止。,,,,,V1=5/7v,A,B,,,,,vA=2/7w r,,,b. 當兩球發(fā)生斜碰時

5、，情況基本與正碰相仿，只是此時球A還具有一個初速度va。 這時球受到兩個摩擦分力的作用f1和f2 在f1作用下，球A將具有一個向后的速度 在f2的作用下，球A的角速度w將改變一個方向所以球A的運動軌跡將向后偏離，如下圖所示：,,,A,vB,,v0,,,va,,,,A,,球B的運動與正碰中相似。,,,va,,,f1,f2,,va1,2.角速度w不為零，且方向為從外向里。,,,v,W,,A,B,,,,a. 若兩球發(fā)

6、生正碰,碰撞后的瞬間，球B獲得了速度v,而球A相對于臺面，只有轉(zhuǎn)動的角速度w。,由前面的計算，球A將加速向前運動，并且最終速度將略小于,v=2/7 w r,所以 ， 若Va=2/5w r 比V1大了較多 ( 即2wr>>5v0 )，那么若球B沒有受阻礙，或沒有進洞，球A追上球B并與之再次碰撞。,,v1=5/7 v0,W,,A,B,,,,,,va=2/7 w r,,若Va=2/5w r 并不比V1大了較多,那么球A只是會向

7、球B運動，但不會與球B相碰。,b. 若兩球發(fā)生斜碰 此時的情況與前面相似。球B獲得初速度后將向前運動。即若沒碰到什么阻礙，它將最終達到速度v,且v略小于5/7 v0，然后球B將作純滾動，并在滾動摩擦力矩的作用下漸漸停止。 球A在碰后的瞬間也是既有角速度，又有初速度，且兩速度在水平面上并不垂直，在摩擦力的作用下，球A將沿一曲線運動，如下所示：,,,,A,vB,,v0,,,va,A,,va1,,,,精品課件！,精