碰撞物理實驗室 (Collision Physics Lab) – 探索動量守恆(Momentum Conservation)

這個互動式碰撞物理實驗室 (Collision Physics Lab) 旨在幫助學生視覺化物理學中的碰撞力學 (Collision Mechanics)。透過這個工具,你可以清楚地觀察到一維碰撞 (1D Collision) 中,物體的質量 (Mass)、速度 (Velocity) 與動量 (Momentum) 及動能 (Kinetic Energy) 之間的關係。

Collision Physics Lab
碰撞物理實驗室

Billy Sir's Interactive Physics: Conservation of Momentum & Energy.
動量與能量守恆 | Billy Sir 的互動物理

Simulation Area 模擬區域
v = 0
5
v = 0
5
Perfect Bounce | 完美反彈

Kinetic Energy is 100% conserved.
動能 100% 守恆。

Blue Object 藍色物體

5 kg
8.0 m/s

Red Object 紅色物體

5 kg
-5.0 m/s

Real-time Graphs 實時圖表

Velocity (m/s) 速度
Kinetic Energy (J) 動能
Momentum (kg·m/s) 動量

如何使用 (How to Use):

  1. 選擇碰撞類型 (Collision Type):切換觀察「彈性碰撞 (Elastic collision)」、「非彈性碰撞 (Inelastic collision)」或「完全非彈性/黏合 (Perfectly Inelastic / Stick)」。
  2. 調整物理參數 (Physics Parameters):使用滑桿即時改變藍色與紅色物體的質量 (Mass, m) 以及初速度 (Initial Velocity, v)。
  3. 碰壁停止 (Stop on Wall Hit):勾選此選項可在物體撞擊邊界時自動暫停模擬。
  4. 觀察實時圖表 (Real-time Graphs):在模擬運行時,觀察下方速度 (Velocity)、動能 (Kinetic Energy) 與動量 (Momentum) 的實時變化圖表。
  5. 暫停與重置 (Pause & Reset):隨時暫停模擬以仔細觀察特定瞬間的數值,或點擊重置恢復預設值。

觀察與討論 (Reflection / Observation):
在觀察模擬器時,請特別注意碰撞前後的總動量 (Total Momentum) 與總動能 (Total Kinetic Energy) 變化

  • 彈性碰撞 (Elastic collision) 中,系統的總動量與總動能皆保持守恆 (Conserved)。
  • 非彈性碰撞 (Inelastic collision) 中,雖然總動量依然守恆,但部分動能會轉化為內能 (Internal energy) 而流失。
  • 完全非彈性碰撞 (Perfectly Inelastic collision) 中,兩物體碰撞後黏合 (Stick together) 以相同速度前進,此時動能的流失達到最大值 (Maximum kinetic energy loss)。
    這完美地印證了物理學中的動量守恆定律 (Law of Conservation of Momentum)
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