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1 # 仰望星空
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2 # 辛哥物理
在高中教科書上講的動量守恆的條件是:系統不受外力或合外力為零。
但是我們在處理問題時又做了一些延伸。一是單方向動量守恆,二是內力遠大於外力時動量近似守恆。注意,這兩種情況動量都是不守恆的。
單方向動量守恆是指系統在某一方向上所受的合外力為零,這時系統只在這一方向上遵循動量守恆,整體看動量是不守恆的。比如下圖,物塊沿斜面下滑的過程中,總的動量不守恆,但是水平方向合力為零動量是守恆的,我們就可以利用水平方向的動量守恆,來求解物塊後退的位移。再結合機械能守恆,就可以求解斜面及物塊的速度了。
當物體的內力遠遠大於外力時,外力就可以忽略不計,可以認為動量近似守恆。比如兩個小球的碰撞,碰撞過程當中會受到各種阻力,但是這時候阻力遠遠小於兩個小球碰撞時的彈力,我們就把阻力忽略不計,認為動量近似守恆。還有爆炸也是屬於內力,遠大於外力,動量近似守恆的情況。
物體的質量m乘上速度v,我們稱mv為物體的動量,這是物體一個重要的物理量。引進這個物理量,我們可以解釋和解決很多實際問題。例如輪船靠岸時,速度很慢,但由於輪船質量很大,同樣會造成很嚴重的後果。大家都知道的泰坦尼克號只被冰山颳了一下,便造成沉沒。
d(mv)dt=ΣF就是對動量求一階導數等於合外力。當物體受到的外力ΣF等於零時:
動量mv=常數,這就是動量守恆。由此也能知道,題目問題的表述也不夠準確,不是外力遠小於內力,而是外力等於零動量守恆,而動量守恆和內力的大小沒有關係。
因為物體的運動速度,一般是指物體質心的速度,由動量守恆定理還可以推出質心守恆定律。舉個例子:人站在小船上,從小船一端慢慢走到另一端。如果不計水的阻力,人和小船共同的重心位置是不動的。
由動量定理還可以推出變質量運動微分方程:mdv/dt=F+Φ
式中的Φ稱為反推力,是質量的改變數和噴出物速度的乘積。上式是用於火箭發射的基本原理。