恢复系数
恢复系数(系数 of restitution)衡量两个物体在碰撞后的反弹程度。它是两个碰撞物体之间的共同性质,而不是单独物体的属性。恢复系数的值反映了碰撞的弹性程度,从而影响物体碰撞后的运动状态。
碰撞恢复系数
恢复系数定义
恢复系数是指两物体碰撞后的分离速度与碰撞前的接近速度之比。如果碰撞为弹性碰撞,则恢复系数为1,此时机械能守恒;如果为非弹性碰撞,则恢复系数小于1,一部分能量转变为内能,但动量守恒始终满足;完全非弹性碰撞的恢复系数为0,两个物体黏贴在一起,没有弹跳运动。恢复系数不仅取决于物体的材料和结构,还受到碰撞条件的影响。
方程式
两个物体碰撞的恢复系数 CR 的方程式为见图所示:式子中:
是第一个物体在碰撞前的速度,
是第二个物体在碰撞前的速度,
是第一个物体在碰撞后的速度,
是第二个物体在碰撞后的速度。
特殊情况
理论上,恢复系数可以大于1或小于0。恢复系数大于1的情况代表碰撞过程中产生了额外的动能,例如由爆炸引起的碰撞。恢复系数小于0的情况意味着其中一个物体在碰撞后超过了另一个物体,如子弹穿过靶子的情形。
阀门恢复系数
在阀门中,附加的试验系数是在压力降增加到使流量停止(或接近于不再)增加的流量试验情况下测定的。这个系数称之为阀门的恢复系数。因为这个系数值是衡量缩流和阀门出口之间总的压力恢复的尺度。这个系数用符号表示,并定义如下:
式中:
—产生阻塞流时阀体上的压力降,磅/平方英寸;
—在阻塞流下阀门入口和缩流处之间的压力降,磅/平方英寸;
—阀门入口压力,磅/平方英寸绝压;
—在阻塞流下的缩流处压力,磅/平方英寸绝压。
应用实例
恢复系数在运动器材设计中也扮演着重要角色。例如,在高尔夫球杆的设计中,通过调整杆面的自然频率以匹配高尔夫球的自然频率,可以利用所谓的“跳跃床效应”来提高球的发射速度。国际网球总会和国际桌球总会也分别对比赛用球的恢复系数有严格的规定,以确保比赛的公平性和一致性。