【動量守恒定律】當確定的研究係統(質點或質點係)不受外力或所受的合外力為零時,該係統的動量保持不變。這是自然界重要定律之一。
說明
1.動量守恒是有條件的,即要求係統不受外力作用,或者雖受幾個外力的作用,但這些外力的矢量和必須為零。說明了係統的內力不影響係統的動量變化。
2.“動量保持不變”是指研究係統的總動量每一時刻都不變。但是,組成係統的各物體的動量可能發生變化,然而組成係統的各物體的動量矢量和卻不變。
3.在實際問題中,有時難於嚴格滿足動量守恒條件。但是,隻要係統所受外力作用時間極短且外力又遠遠小於係統內力時,就可認為近似滿足守恒條件,運用該定律。
若係統所受合外力雖不為零,但合外力在某一方向上的分量卻為零,則係統動量在該方向上的分量仍然守恒。
4.動量守恒定律和機械能守恒定律涉及的都是狀態量,運用它解決;學問題時,要比牛頓運動定律方便。運用動量定律時_要注意取相對於同一慣性係。
【碰撞】兩個或幾個勻質小球相互接觸和再分離的過程。
碰撞分為正碰和斜碰。若兩球的速度沿兩球的連心線方向發生的碰撞為正碰(亦稱對心碰撞),反之為斜碰。處理斜碰的一般方法,是將兩球碰撞前、後的動量沿球心連線(如X軸)和垂直連線(如;V軸)方向分解,然後用動量守恒定律的分量式處理。
碰撞可粗略地分為相互接觸擠壓發生形變和分離時的形變恢複過程。按形變恢複的程度分為完全彈性碰撞、完全非彈性碰撞、非完全彈性碰撞三種。對此,一般教材中都有論述,讀者應對三種碰撞的區別、動量和能量情況進行對比。
【火箭的飛行】運載火箭在飛行中,不斷噴射燃燒氣體使燃料減少而使自身得到加速。如果火箭的箭體(含運載者)和燃料的總質量為W,箭體的質量為m,氣體相對於火箭的噴射速度,若不考慮空氣阻力和地球引力,則燃料燒盡時火箭對地的速度。
火箭飛行問題,是經典力學中典型的變質量問題。
【質點係的質心】質點係質量分布的平均位置,稱為質點係的質量中心,亦稱質心。
應注意,質心和重心是不同的兩個概念:
1.質心位置是由係統內各質點的質量分布決定的,與重力無關;重心位置是係統內各質點所受重力的合力的作用點。
2.當係統的分布空間較小,或質量連續分布的物體線度不大時,可視為質心與重心重合。反之,質心和重心一般不重合。
3.當係統離開地球引力場後,重心意義失效,而質心仍有實際意義。
【質心運動定律】作用於質點係的合外力等於係統的總質量與係統的質心加速度的乘積。
1.質心的運動狀態,反映了整個係統的平動狀態。
2.隻有外力才能改變係統的運動狀態,內力隻能使係統內的質點運動狀態發生變化。
3.該定律處理質點係的動力學問題帶來很大方便:係統的運動相當於係統的全部質量都集中在質心的一個“質點”的運動。
【質點係動量守恒定律】當係統所受的合外力(或質心所受的合外力)為零時,係統的總動量守恒;當合外力在某方向的_分量為零時,則質心在該方向上的動量守恒。
4.3習題指導
一、基本思路
運用動量定理和動量守恒定律解決力學問題的基本思路、基本方法是:
1.根據所求問題確定研究對象這可以是單個物體,也可以是由幾個物體組成的係統。
2.對研究對象進行受力分析即受的重力、彈力、摩擦力等諸力的情況,按所劃分的係統分清內力和外力。
3.建立坐標、判斷力學特點根據一維問題還是平麵運動何題建立一維或二維坐標係,使坐標軸盡可能與已知條件多的矢量方向一致。然後對研究對象所受外力在坐標軸方向上的分力是否為零進行判別。確認作用前後動量狀態。
4.根據各坐標軸方向上的合外力是否為零的特征,建立動量定理(外力不為零)方程,或動最守恒(外力為零)定律方程若方程數少於未知量數,則從運動學、牛頓運動定律及功能規律中尋找適合所求問題的方程。
解決綜合性力學問題的關鍵,在於對物理過程的正確分析:即所求問題由幾個物理過程形成的,每一過程所遵從的力學規律是什麼,從而建立各過程所滿足的力學方程。
牛頓在此基礎上認識到,正是動量這個物量的變化反映著在力的作用下物體運動狀態的變化。最初,牛頓第二定律就是用質點的動量隨時間變化率等於作用在質點上的外力來表示的。在此意義上,一些教材將動量內容納入牛頓運動定律的章節中。
原則上說,力學問題都可以用牛頓第二定律解決。然而對於那些受力情況複雜或涉及多質點運動的問題,卻難以求出其精確解。如兩行星繞日運轉的“三體問題”。都不能由牛頓第二定律得到精確簡潔地描述。若用動量及其規律處理這類問題,則使問題可以大大簡化,易於得到較為精確的結果。特別是本世紀以來,由於相對論和量子力學的出現,動量概念得到發展,動量守恒定律己成為自然界普遍的規律之一。