引入

两个物体碰撞时,动量守恒总是成立。但动能是否守恒,取决于碰撞的类型。理解碰撞的分类和规律,是分子碰撞理论(化学动力学)的物理基础。

正文

定义

碰撞是两个或多个物体在极短时间内发生强烈相互作用的过程。按动能是否守恒分为弹性碰撞和非弹性碰撞。

碰撞分类

类型动量动能特征
完全弹性碰撞守恒守恒无形变、无发热
非弹性碰撞守恒不守恒(减少)有形变或发热
完全非弹性碰撞守恒损失最大碰撞后粘在一起

一维完全弹性碰撞

两个质量分别为 , 的物体,碰前速度 , ,碰后速度 ,

特殊情况:

  • :交换速度
  • 速度几乎不变, 速度反向加倍
  • 反弹, 几乎不动

恢复系数

碰撞类型
完全弹性
非弹性
完全非弹性

化学中的碰撞模型

化学反应速率的碰撞理论中:

  • 分子碰撞是反应发生的前提
  • 有效碰撞:不仅要求碰撞能量超过活化能(类似”非弹性”——部分动能转化为化学键的断裂能),还要求碰撞方向合适
  • 弹性碰撞不引发反应,只交换动能,维持麦克斯韦-玻尔兹曼分布

引出

碰撞理论给出了反应速率的上限估计。实际反应速率远小于碰撞频率,因为还需要满足能量和方向条件——这正是 Arrhenius 公式中活化能和指前因子的物理来源(见玻尔兹曼分布)。