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Colisiones con esferas (con diferentes radios) en un plano

¿Cómo se calcula la nueva velocidad de las esferas después de una colisión cuando las esferas tienen radios diferentes?

Pensé que podría descomponer las velocidades horizontales y utilizar la ecuación de colisión estándar en las velocidades en el eje de la colisión así.

Vectores esféricos descompuestos:

Decomposed Collision

Entonces sólo hay que añadir $a'_1$ y $a_2$ y de manera similar $b'_1$ y $b_2$ para obtener los nuevos vectores de velocidad.

Para ir más lejos, si hay una condición que significa que las esferas no pueden "saltar" fuera de la superficie, es decir, que está fijada a la superficie, ¿cómo cambiaría eso las velocidades vectoriales?

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Dan Herbert Puntos 38336

Así que aquí no sólo hay impulsos entre las esferas, sino también entre cada esfera y el suelo. El resultado es un sistema de ecuaciones con tres expresiones y tres impulsos desconocidos.

Para el contacto que actúa sobre el i -a cuerpo de la j -el cuerpo (o la tierra), considere la normal de contacto $\hat{n}_{ij}$ el impulso $J_{ij}$ y las condiciones de contacto

$$ \hat{n}_{ij} \cdot ( \vec{v}_i^\star - \vec{v}_j^\star ) = -\epsilon_{ij}\, \hat{n}_{ij} \cdot ( \vec{v}_i - \vec{v}_j ) \tag{1}$$

donde $\vec{v}_i$ es el vector de velocidad del i -el cuerpo antes del impacto y $\vec{v}_i^\star$ después del impacto. Lo mismo para $\vec{v}_j$ . Finalmente, $\epsilon_{ij}$ es el coeficiente de restitución del contacto.

fig1

Para los vectores normales de contacto anteriores, supongo que los contactos con el suelo tienen cero COR y el contacto entre las esferas tiene 1.

El resultado de todos los impactos en cada cuerpo es

$$ \begin{aligned} \vec{v}_1^\star &= \vec{v}_1 + \frac{1}{m_1} \left( \hat{n}_{12} J_{12} + \hat{n}_{10} J_{10} \right) \\ \vec{v}_2^\star &= \vec{v}_2 + \frac{1}{m_2} \left( -\hat{n}_{12} J_{12} + \hat{n}_{20} J_{20} \right)\\ \end{aligned} \tag{2}$$

Estas dos expresiones se utilizan en los siguientes 3 contactos para hacer el sistema en términos de los tres términos $J_{ij}$ sólo

$$\begin{aligned} \hat{n}_{12} \cdot ( \vec{v}_1^\star - \vec{v}_2^\star ) & = -\epsilon_{12}\, \hat{n}_{12} \cdot ( \vec{v}_1 - \vec{v}_2 ) \\ \hat{n}_{10} \cdot ( \vec{v}_1^\star ) & = -\epsilon_{10}\, \hat{n}_{10} \cdot ( \vec{v}_1 ) \\ \hat{n}_{20} \cdot ( \vec{v}_2^\star ) & = -\epsilon_{20}\, \hat{n}_{20} \cdot ( \vec{v}_2 ) \end{aligned}$$

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