Physics Lab · 03

弹跳圆管里的小球

把一次极短的碰撞拆成可观察的过程:看清速度为何突变、摩擦为何改变方向,以及临界管长 152H/125 是怎样累积出来的。

当前阶段 初始状态
碰撞极短:只有管的速度反向
竖直圆管和小球的运动动画 圆管从高度 H 自由下落并与地面弹性碰撞,小球在管内受摩擦相对下滑。 H 13H/25 H 水平地面 · y = 0 管 M = 4m 球 m q = L mg Mg 地面冲量 小球滑出

参数实验台

切换到自由实验模式后,可改变初始高度和管长。

课堂模式锁定
前两次反弹安全区间临界:第二次恰到管口
4/5 · 首次 152/125 · 两次

高度—时间图

同步观察管底和小球的高度;竖线表示动画当前时刻。

1

第一次碰撞后瞬间

a = 2g ↓
a = 3g ↑

这里指冲量过程结束后的瞬间,而不是碰撞过程中的巨大加速度。

2

第一次反弹最高点

hmax = 13H/25

先在滑动阶段上升 12H/25,再共同上升 H/25。

3

第二次仍未滑出

L ≥ 152H/125

若把“仍在管中”理解为不能恰好到达管口,则将 ≥ 改为 >。

模型假设:碰撞完全弹性且持续时间极短;碰撞瞬间地面只对圆管施加冲量;球与管相对静止后滑动摩擦消失,二者仅受重力并保持相对静止。