动量-动量守恒理论-弹性与非弹性碰撞

动量-动量守恒理论-弹性与非弹性碰撞
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什么是动量?

动量是一个与特定物体的运动和质量有关的物理量。动量的公式是:

pxv

在哪里p动量是[公斤·m / s),质量[公斤]的对象和v速度[米/秒]物体的。所有的单位都在si中,动量和速度都是矢量,这意味着它们也有方向维度。

就经典物理学而言,这个公式是有效的。牛顿第二定律给出了一个更通用的动量表达式,其中动量的变化率dp / dt物体的大小与合力成正比F力的:作用于物体并与力的方向(矢量)一致的:

Fdp / dt

牛顿第二定律很好地解释了力和动量的物理量。

但是动量的意义是什么呢?为了理解动量的物理意义,我们必须举一个例子。质量为1000千克的汽车以100米/秒的速度撞上墙壁,造成一定的损坏。一辆质量为1万公斤的大卡车仅以10米/秒的速度行驶,也会造成同样的损坏。这是因为在这两种情况下,两个物体的动量是相同的。

守恒定律-动量守恒原理

宇宙中一些最基本的定律与能量、动量和角动量的守恒原理有关。更具体地说,是定律动量守恒表示如果没有外力作用于物体的闭合系统,闭合系统的动量保持不变。

虽然封闭系统内每个物体的动量可能会改变,但系统的整体动量将保持不变。如果系统受到外力,那么整体动量就会改变。这一事实也可以用牛顿第一定律或惯性原理来描述,即物体倾向于继续以恒定的速度运动,除非有外力使其改变速度或方向。

能量守恒原理适用于如下所述的弹性和非弹性碰撞。

图片:在两个质量相等的物体之间发生弹性碰撞的情况下,仅仅是速度交换。这是动量守恒原理的结果,可以用牛顿的摇篮来证明。

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碰撞类型

动量和(或)动能从一个物体转移到另一个物体的现象叫做碰撞。最简单的系统处理两个物体的碰撞。碰撞主要有两种类型:弹性碰撞和非弹性碰撞。

在弹性碰撞的情况下,两者都有动能K和动量p是守恒的。这意味着碰撞前的动量之和将等于碰撞后的动量之和。动能也是一样。在这一点上,记住相关的公式是有帮助的:

pxv

K= (1/2) xxv^2

很明显,这两个量都与物体的运动有关,而且都取决于物体的质量和速度v.然而,他们的关系是不同的。虽然这两个量都与质量成线性关系,但它们与速度的关系不同。动能与速度成指数关系。这意味着,如果一个物体的速度增加一倍,它的动量也将增加一倍,而它的动能将增加四倍。台球的运动是弹性碰撞的一个很好的例子。

在非弹性碰撞的情况下,只有动量守恒。动能发生了什么变化,其中一部分能量以各种方式损失了,比如热(通过摩擦)和变形。如果我们能把剩余的动能和失去或转移到环境中的能量加起来,它就等于原始的动能。

两个同质量球体的弹性碰撞

日常生活中的大多数例子都是非弹性碰撞,包括车祸、子弹击中目标等。

有关如何解决弹性和非弹性碰撞问题的更多信息,请查看文章,如何解决弹性碰撞问题而且如何解决非弹性和塑性碰撞问题

来源:

  • 动量原理,乌普萨拉大学地球科学系
  • 更多关于动量原则德雷塞尔艺术与科学大学物理系
  • 碰撞的类型,由D.纽曼,物理系,阿拉斯加大学

图片致谢:

  • 牛顿摇篮中动量守恒的解释(en.wikipedia.org)
  • 两个质量相同的球体的弹性碰撞(commons.wikimedia.org)