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词条 冲量与动量
释义

冲量:

定义

力的时间累积效应的量度,是矢量。如果物体所受的力是大小和方向都不变的恒力F,冲量I就是F和作用时间t的乘积。如果F的大小、方向是变动的,冲量I应用矢量积分运算。冲量通常用来求短暂过程(如撞击)中物体间的作用力,即由物体的动量增量和作用的时间而估算其作用力。此力又称冲力。冲量的单位在国际单位制中牛·秒。(N·s)

由ma=F,a=△v/t,设△v=v1-v2,可得

mv1-mv2=Ft 即可说:物体所受合外力的冲量就是该物体的动量变化量.

冲量是描述力对物体作用的时间累积效应的物理量。力的冲量是一个过程量。在谈及冲量时,必须明确是哪个力在哪段时间上的冲量。

在计算冲量时,要特别注意:

(1)I=Ft中的F为恒力,也可理解为方向不变的变力在时间t内的平均力F。如果力的大小、方向都是变化的,则不能用Ft表述其冲量,变力的冲量在一定条件下可用质点动量的变化间接表述。

(2)冲量是矢量,求冲量不仅要求大小,还要求方向、恒力冲量的方向与恒力同向,变力冲量的方向与动量的变化量方向一致。

(3)冲量是过程量。论及冲量时要明确是哪个力或哪几个力在哪一段时间内的冲量。

(4)冲量大小只决定于力和力所作用的时间,而与物体是否受其它力及物体的运动状态无关。

例如 质量为3千克的甲、乙两物体,甲物体以初速10米/秒自30米高处斜向上抛出,乙物体自足够大的光滑曲面无初速下滑,试比较甲、乙两物体2秒内所受重力冲量的大小。

分析和解 重力是恒力,故重力在2秒内的冲量I=mgt=3×10×2牛.秒=60牛.秒,方向竖直向下。

重力的冲量只与重力的大小和作用时间有关,与物体做什么运动,是否受其它力无关。因此甲、乙两物体2秒内所受重力冲量相等。

又如 质量为3千克的物体,以2米/秒的速度沿水平光滑地面向东运动。物体受到一个向东的4牛的力的作用6秒,接着这个力变为向西5牛,作用4秒。求这个力在10秒内的冲量。

解 取向东方向为正方向,力F在前6秒内的冲量为F1.t1=4×6牛.秒=24牛.秒。力F在后4秒内的冲量为F2t2=(-5)×4牛.秒=-20牛.秒。所以,力F在10秒内的冲量为F1t1+F2t2=4牛.秒。正号说明冲量方向向东。

冲量是矢量,在计算时一定要注意建立坐标。

动量:

定义 质点的质量m与其速度v的乘积(mv)。动量是矢量,用符号p表示。质点组的动量为组内各质点动量的矢量和。物体的机械运动都不是孤立地发生的,它与周围物体间存在着相互作用,这种相互作用表现为运动物体与周围物体间发生着机械运动的传递(或转移)过程,动量正是从机械运动传递这个角度量度机械运动的物理量,这种传递是等量地进行的,物体2把多少机械运动(动量)传递给物体1,物体2将失去等量的动量,传递的结果是两者的总动量保持不变。从动力学角度看,力反映了动量传递快慢的情况。与实物一样,电磁场也具有动量。例如光子的动量为p=h/(2π)k,其中h为普朗克常量,k为波失,其大小为k=(2π)/λ (λ 为波长),方向沿波传播方向。在国际单位制中,动量的单位为千克·米/秒(kg·m/s)。

一般而言,一个物体的动量指的是这个物体在它运动方向上保持运动的趋势。动量实际上是牛顿第一定律的一个推论。

动量是一个守恒量,这表示为在一个封闭系统内动量的总和不可改变

动量守恒定律

动量守恒定律是最早发现的一条守恒定律,它起源于16~17世纪西欧的哲学家们对宇宙运动的哲学思考。

观察周围运动着的物体,我们看到它们中的大多数,例如跳动的皮球、飞行的子弹、走动的时钟、运转的机器,都会停下来。看来宇宙间运动的总量似乎在减少。整个宇宙是不是也像一架机器那样,总有一天会停下来呢?但是,千百年来对天体运动的观测,并没有发现宇宙运动有减少的迹象。生活在16、17世纪的许多哲学家认为,宇宙间运动的总量是不会减少的,只要能找到一个合适的物理量来量度运动,就会看到运动的总量是守恒的。这个合适的物理量到底是什么呢?

法国哲学家兼数学家、物理学家笛卡儿提出,质量和速率的乘积是一个合适的物理量。可是后来,荷兰数学家、物理学家惠更斯(1629—1695)在研究碰撞问题时发现:按照笛卡儿的定义,两个物体运动的总量在碰撞前后不一定守恒。

牛顿在总结这些人工作的基础上,把笛卡儿的定义作了重要的修改,即不用质量和速率的乘积,而用质量和速度的乘积,这样就找到了量度运动的合适的物理量。牛顿把它叫做“运动量”,就是我们现在说的动量。1687年,牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中指出:某一方向的运动的总和减去相反方向的运动的总和所得的运动量,不因物体间的相互作用而发生变化;还指出了两个或两个以上相互作用的物体的共同重心的运动状态,也不因这些物体间的相互作用而改变,总是保持静止或做匀速直线运动。

2?动量守恒定律的适用范围比牛顿运动定律更广

近代的科学实验和理论分析都表明:在自然界中,大到天体间的相互作用,小到如质子、中子等基本粒子间的相互作用,都遵守动量守恒定律。因此,它是自然界中最重要、最普遍的客观规律之一,比牛顿运动定律的适用范围更广。下面举一个牛顿运动定律不适用而动量守恒定律适用的例子。

在我们考察光的发射和吸收时,会看到这样一种现象:在宇宙空间中某个地方有时会突然发出非常明亮的光,这就是超新星。可是它很快就逐渐暗淡下来。光从这样一颗超新星出发到达地球需要几百万年,而相比之下超新星从发光到熄灭的时间就显得太短了。

当光从超新星到达地球时,它给地球一个轻微的推动,而与此同时地球却无法给超新星一个轻微的推动,因为它已经消失了。因此,如果我们想像一下地球与超新星之间的相互作用,在同一瞬间就不是大小相等、方向相反了。这时,牛顿第三定律显然已不适用了。

虽然如此,动量守恒定律还是正确的。不过,我们必须把光也考虑在内。当超新星发射光时,星体反冲,得到动量,同时光也带走了大小相等而方向相反的动量。等经过几百万年之后光到达地球时,光把它的动量传给了地球。这里要注意的是:动量不仅可以为实物所携带,而且可以随着光辐射一起传播。当我们考虑到上述这点时,动量守恒定律还是正确的

公式

p=mv

无论那一种形式的碰撞,碰撞前后两个物体mv的矢量和保持不变.

由于速度是矢量,所以动量也是矢量,它的方向与速度的方向相同.

二者关系:

(1)I=Ft中的F为恒力,也可理解为方向不变的变力在时间t内的平均力F。如果力的大小、方向都是变化的,则不能用Ft表述其冲量,变力的冲量在一定条件下可用质点动量的变化间接表述。

(2)冲量是矢量,求冲量不仅要求大小,还要求方向、恒力冲量的方向与恒力同向,变力冲量的方向与动量的变化量方向一致。

(3)冲量是过程量。论及冲量时要明确是哪个力或哪几个力在哪一段时间内的冲量。

(4)冲量大小只决定于力和力所作用的时间,而与物体是否受其它力及物体的运动状态无关。

动量P=mv,是表示质点机械运动状态的物理量,是瞬时量。

动量变化量定义为△P=mv2 -mv1

动量是矢量,在计算动量变化时,一定要注意坐标的选取。

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更新时间:2024/12/23 17:01:37