回来

科学和工程

如何准确?

“爆破球”是一项深空竞赛,两组宇航员使用装上无害的黏液的爆破枪将球击向球场的另一端。

《Blaster Ball》的场地总是位于摩擦、空气阻力或大量重力的范围之外,这对《Blaster Ball》的战略家来说比旅行爱好者更方便。每支球队的诀窍是在比赛时间结束前,在有限的投球次数下,将尽可能多的冲力传递到球上。

运动物体的动量是它的质量乘以它的速度。当一个团状物与球碰撞时,它会失去一些动量,而球的动量也会以同样的幅度增加。这个原理可以帮助我们找到球和球团的最终速度。

在碰撞之前,球的速度是 + V 文本+ V_ \{球} 它的质量是 M_{球}\文本。 团状物以速度向左移动 v -v_ \文本{blob} (负号表示方向)。它的质量是 {一}m_ \文本。

总动量,用符号表示 p p,

p 总计 V v p_ \文本{总}={球}V_ M_ \文本\{球}- M_ \文本{blob} {blob} V_ \文本。

当水滴粘在球上时,动量是静止的 p 总计 p_{总}\文本。 总的质量没有改变,但水滴和球(现在粘在一起了)的最终速度改变了 V 最后 {一}V_ \文本, 所以

p 总计 + V 最后 p_ \文本{总}={球}+ M_ (M_ \文本文本\ {blob}) V_ \文本{一}。\ \ [0.5 em)

将这些表达式设置为 p 总计 p_ \文本{总} 等于,我们可以解出来 V 最后 V_ \文本{一}:

+ V 最后 V v V 最后 V v + \开始{对齐}{球}+ M_ (M_ \文本文本\ {blob}) V_ \{一}& = M_ \文本{球}V_ \文本{球}- M_ \ {blob} V_ \文本{blob} \ \ [0.5 em] V_ \文本{一}& = \压裂{M_ \文本{球}V_ \{球}- M_ \文本{blob} V_ \文本{blob}} {M_ \{球}+ M_ \文本{blob}}。结束\{对齐}

只要没有外力,碰撞中所有物体的总动量就是一个常数。这个有用的原理被称为动量守恒,你可以把它扩展到任何数量的粘球在一个回合中击中球。

上述结果的结构暗示了动量守恒的另一种概念。右边采用平均值的形式:每个物体的速度乘以(即。(“加权”)除以其各自的质量,这些乘积对所有物体求和,然后再除以总质量。

这个平均值产生了速度质量中心(“CoM”)的球和斑点:

V CoM 速度的质量加权和 总质量 V_\text{CoM}=\frac{\text{质量加权速度和}}{\text{总质量}}。

在一次碰撞(或一系列碰撞)中动量守恒的一个等价表述是“质心速度是恒定的。”

如果我们画出多个碰撞物体的质心,我们可以直接看到碰撞发生时它以恒定的速度运动。

现在,如果这些斑点与球相撞并粘在一起,那么它们必须以质心的速度继续运动。这甚至在碰撞物体没有粘在一起时也可以工作。

在没有外力的情况下,质心的匀速运动是物理学家工具包中最好的工具之一,用来预测物体碰撞、爆炸或以任何方式相互作用时会发生什么。

今天的挑战

之前爆破工球在星际争霸赛中,地球全明星获得了水星联队的比赛计划——用先进的工程技术,他们的爆破枪射击球团 1.5 1.5 和全明星队一样快。然而,他们只是 60 60 \ % 准确:

两组得到的斑点数量相同,质量相同。

至少,地球上的全明星球员需要多精确才能保证比赛结束时球不会飞向他们的方向?

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