哇

最近是流星雨的極大期

晚上可以看到好多的流星喔

大家知道

為什麼天空可以產生流星呢？

我們知道流星原本是一些在外太空的塵埃

為什麼落到地球時會發出光芒呢？

其實這跟我們學到的碰撞有關哦

讓我們來看看這到底是怎麼一回事吧

我們今天要來看的碰撞

跟我們之前學到的彈性碰撞不一樣

有哪些地方不一樣呢？

大家睜大眼睛

仔細觀察一下哦

我們先來看第一個例子

在高速公路上的汽車

如果不小心撞到分隔島

車子會被擠壓變形

並且發出巨大的聲響

碰一聲

第二個例子是將子彈打進牆壁

牆壁會凹下一個大洞

並且洞口還會散發出由子彈撞擊之後的熱氣

最後一個例子是古人要取火時

那時沒有打火機

他們利用一種特別的石頭

燧石

透過燧石跟金屬片碰撞

可以產生火花

進而生火

各位有發現嗎？

上面三個例子的動能是不守恆的

第一個例子的汽車原本具有很高的動能

但是撞到分隔島之後動能就變成零了

而原本的動能會轉變成熱能、以及聲能

第二個例子也是一樣

子彈原本具有很高的動能

但打進牆壁之後速度變成0

所以動能也是0

原本的能量轉變成熱能與聲能

第三個例子則告訴我們

燧石與金屬片碰撞之後

動能會轉變成熱能與光能

我們把碰撞前後整體動能不守恆的碰撞

稱為非彈性碰撞

除了動能以外

另外還有一個很重要的物理量

動量

發生非彈性碰撞時

物體的動量如何變化呢？

有一個木塊靜置在光滑平面上

一個子彈打進木塊的時候

會發現子彈的速度會減慢

而靜止的木塊

會因為子彈的撞擊而開始前進

我們先來看看系統的總動量

當系統不受外力或過程時間很短時

系統的總動量守恆

所以在非彈性碰撞時

子彈與木塊的總動量守恆

如果要知道子彈與木塊分別的動量

我們可以來研究一下系統內的各個部分

在碰撞前

我們假設子彈的動量是P0

而木塊因為靜止

所以動量是0

系統的總動量則為P0

在碰撞後

假設子彈受到木塊給的阻力是F

子彈在木塊中的時間是t

則碰撞中子彈會減少F乘以t的動量

而木塊會增加F乘以t的動量

所以系統總動量還是P0

經過分析之後

子彈與木塊系統符合一開始的預測

碰撞前後總動量守恆

我們來整理一下

非彈性碰撞的兩個性質

第一是碰撞前後系統總動量守恆

第二是碰撞前後系統總動能不守恆

知道了非彈性碰撞的性質之後

我們再來用之前學過的V-t圖來分析看看

讓我們對非彈性碰撞有更深的認識

在碰撞之前

子彈的速度是v

木塊靜止

所以在V-t圖上可以看到

黃色與黑色的兩條水平線

分別代表子彈與木塊的速度

在碰撞中

子彈與木塊的速度會改變

最後

在碰撞後

子彈與木塊就以各自的速度繼續前進

透過V-t圖分析我們可以發現

非彈性碰撞跟彈性碰撞不一樣

非彈性碰撞後兩個物體的速度差會比碰撞前小

我們再來看另一個極端的例子

當子彈打入木塊之後

子彈跟木塊速度一樣

並且用V-t圖分析

我們可以發現在碰撞之後

子彈跟木塊的速度一樣

這時總動能會損失最多

稱之為「完全非彈性碰撞」

順帶一提

如果大家記得質心速度的定義

物體在完全非彈性碰撞之後的速度

會等於質心速度

大家可以自己證明看看哦

最後

我們來用今天所學的非彈性碰撞來解釋

天空中為什麼可以產生流星吧

在外太空有許多的小石頭、灰塵

當它們進入大氣層時

會與高空的空氣分子碰撞

在碰撞的過程中

它們並不是彈性碰撞

而是非彈性碰撞

小石頭與灰塵的動能會轉變成熱能

使得溫度升高

從而發出光

這就是我們看到美麗流星的來源了

我們來複習一下今天學到的學習內容

非彈性碰撞

碰撞前後總動量守恆

總動能不守恆

最後請大家想一想

我們知道碰撞之後動能會轉變成熱能

但是要如何精準證明呢？

歷史上第一個精準測量動能

可以轉變成熱能的科學家是焦耳

跟同學討論看看焦耳是怎麼證明

動能可以轉變成熱能的吧

我們下次見囉

bye bye