碰撞

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[拼音]：pengzhuang

[外文]：collision

两个或两个以上相对运动的物体接触并伴有速度突然变化的现象。由于碰撞的时间间隔极其短促，碰撞后物体速度发生有限大的突然变化，所以物体间作用的碰撞力很大，而且变化极为复杂。因此在研究碰撞问题时，不是用力而是用冲量来度量碰撞作用。

碰撞的力学性质

碰撞的实质在于相碰物体的弹性及塑性变形作用。物体碰撞过程可分为两个阶段：

（1）压缩变形阶段；

（2）弹性恢复阶段。图1画出球对地面的碰撞过程。由于碰撞力大而作用时间极短，故碰撞时，物体的位置可视为不变，而且作用在物体上的非碰撞力（如重力和外加力）与碰撞力相比，可以忽略不计，但约束力和摩擦力应视为碰撞力，不能忽略。这两种力一般都随外力同时增大，所以与冲击力对应，也具有冲击性。

图

碰撞现象

有以下三种。

两自由物体的碰撞

可分为正碰撞和斜碰撞。碰撞时速度沿重心连线C1C2，且接触面垂直于重心的连线，称为正碰撞；否则称为斜碰撞（图2）。作正碰撞的两物体碰撞后同碰撞前相对速度的比值称为恢复系数。

图 物体对障碍物的碰撞

一物体对某固定物体如地面、墙的碰撞属此类型，也可分为正碰撞和斜碰撞（图3）。

图 物体对可转动物体的碰撞

当物体甲与可绕O 轴转动的物体乙发生碰撞时，物体乙突然获得一角速度变化(图4)。

图4

一般在乙的支承O 处也立刻产生一碰撞反力，其大小跟碰撞作用的位置，即距离OO1有关。但在特殊条件下，悬挂物体虽受冲击力，其约束力仍可为零。例如，当碰撞前物体甲的速度垂直于OO1，且OO1的长度L为公式 符号，则支承轴处的碰撞反力等于零。其中ρ为物体乙对O轴的回转半径，OC为支点O到重心C的距离。图4的纵平面是物体乙的对称面，点O1称为碰撞中心，它也是物体以O为轴的摆动中心（见摆）。

研究方法

碰撞力是出现在极短时间内的变力F(t)，它从零增加到很大的值，到碰撞时间τ终了时变为零。一般τ都很小，约千分之几秒。碰撞力的冲量称为碰撞冲量公式 符号为了获得碰撞力大小的粗略概念，常求平均碰撞力：Fa=I/τ。

研究一个物体在碰撞力作用下运动所用的力学定理有动量定理和动量矩定理。此外，尚需考虑与碰撞物质弹塑性有关的因素，例如正碰撞时与恢复系数有关。

应用

用碰撞时产生的巨大碰撞力来产生巨大瞬时力，如各种冲压机、打桩机、炮弹穿甲等。相反地，有时要避免巨大碰撞力的危害，采用各种缓冲装置，如弹性体或液压缓冲器，以延长碰撞时间，从而减小碰撞力。碰撞已成为现代工程技术中一个重要的力学问题。巨大的碰撞力和连续作用的碰撞，对材料的强度和疲劳有很大影响。此外，仪表、装置和设备应保证在其载体受到碰撞和冲击载荷时，能够正常工作，不致松动、失灵和损坏。

参考文章

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