天文学
在 X 上关注我 在 Bluesky 上关注我 在 Pinterest 上关注我
中文 English Français Español Português 日本語 Deutsch
 
最后更新:2024年9月8日

物理第三方程:用动量理解碰撞

线性动量守恒
这张照片展示了物理学中的第三个基本方程:线性动量。 方程 p = mv 将物体的质量和速度联系起来,以表达其动量(p,单位为千克·米/秒)。 图像中,一个人在秋千上运动,直观地体现了这一关系:质量或速度越大,动量越大。 图片来源:astronoo.com

动量守恒原理

经典物理学中第三个基本方程,可视为核心内容的是动量守恒方程或冲量守恒。换言之,在无外力作用的情况下,事件(如碰撞)发生前物体动量之和等于事件发生后动量之和。

这一定律在研究碰撞(弹性碰撞和非弹性碰撞)以及爆炸时尤为有用。例如,当两个物体发生碰撞时,只要已知它们的质量和初始速度,动量守恒定律就能计算出碰撞后物体的最终速度。

动量守恒方程

p = mv

• p 是物体的动量或冲量,单位为千克米每秒(kg·m/s)。

• m 是物体的质量,单位为千克(kg)

• v 是物体的速度,单位为米每秒(m/s)。

p=mv告诉我们什么?

考虑两个质量分别为m1和m2的物体,初始速度分别为v1和v2。碰撞后,它们的速度变为v'1和v'2。动量守恒告诉我们:m1 v1 + m2 v2 = m1 v'1 + m2 v'2。系统在碰撞前后的总动能保持不变。

该方程若与弹性碰撞中的动能结合,可确定两物体碰撞后的速度。

速度是一个矢量量,因为它不仅描述物体运动的快慢,还描述其运动方向。这对于在三维空间中完整描述物体的运动至关重要。由于速度($\vec{v}$)是矢量量,动量($\vec{p}$)也必然是矢量。动量$\vec{p}$的方向和大小由速度$\vec{v}$决定。

弹性碰撞与非弹性碰撞

碰撞是两个或多个物体接触并交换能量和动量的相互作用。根据动能守恒,碰撞主要分为两类:弹性碰撞和非弹性碰撞。

在弹性碰撞中,系统总动能于碰撞前后守恒。这意味着参与碰撞的物体总动能保持不变,但能量可能因物体运动状态和速度变化而重新分配。例如:台球之间的碰撞或气体粒子间的碰撞。

在非弹性碰撞中,总动能不守恒。部分动能会转化为其他形式的能量,例如热能、声能或形变能。物体可能发生形变、升温或产生噪音。例如:车祸中车辆碰撞导致车身变形发热,或网球撞击墙壁时球体发生形变。

本类别探索内容

爱因斯坦1905年关于光的本质与演化论文全文 爱因斯坦1905年关于光的本质与演化论文全文
光速:万物无法超越的终极极限 光速:万物无法超越的终极极限
现实逃逸:那些我们永远无法证明的真理 现实逃逸:那些我们永远无法证明的真理
50个方程中的宇宙物理学:用户指南 50个方程中的宇宙物理学:用户指南
卡亚恒等式:让脱碳复杂化的方程 卡亚恒等式:让脱碳复杂化的方程
宇宙中无法超越的速度:当能量变为无限 宇宙中无法超越的速度:当能量变为无限
电磁失控:光速的秘密 电磁失控:光速的秘密
理解光电效应:光与电子 理解光电效应:光与电子
地平线有多远? 地平线有多远?
太阳能电池板如何将电力注入电网? 太阳能电池板如何将电力注入电网?
动量动力学:解释火箭或水母推进的原理 动量动力学:解释火箭或水母推进的原理
电子能量如何决定化学性质 电子能量如何决定化学性质
量子不确定性的关键作用:没有粒子能够静止 量子不确定性的关键作用:没有粒子能够静止
能量与功率:不要混淆,时间决定一切 能量与功率:不要混淆,时间决定一切
为什么冷有极限而热却没有? 为什么冷有极限而热却没有?
伽利略自由落体定律 伽利略自由落体定律
理想气体定律:一个方程,千种应用 理想气体定律:一个方程,千种应用
薛定谔方程革新了我们对物质的看法 薛定谔方程革新了我们对物质的看法
诺特定理的魔力:从最小作用量原理到守恒定律 诺特定理的魔力:从最小作用量原理到守恒定律
引力质量与惯性质量的关系及等效原理 引力质量与惯性质量的关系及等效原理
物理学第三方程:理解碰撞的动量 物理学第三方程:理解碰撞的动量
物理学中第二个基本方程:守恒量的直觉 物理学中第二个基本方程:守恒量的直觉
物理学第一方程:如何用数学表达力 物理学第一方程:如何用数学表达力
电磁力或洛伦兹力 电磁力或洛伦兹力
接收的太阳能取决于入射角 接收的太阳能取决于入射角
为什么大理石比木头感觉更冷? 为什么大理石比木头感觉更冷?
为什么没有质量的光子却拥有能量? 为什么没有质量的光子却拥有能量?
贝叶斯公式与人工智能 贝叶斯公式与人工智能
物理学的七个基本常数 物理学的七个基本常数
星际空间中的体感温度是多少? 星际空间中的体感温度是多少?
黑体辐射曲线:普朗克定律 黑体辐射曲线:普朗克定律
等效原理:引力效应与加速度无法区分 等效原理:引力效应与加速度无法区分
E=mc²:重新审视宇宙的四个基本概念 E=mc²:重新审视宇宙的四个基本概念
如何给太阳称重? 如何给太阳称重?
自由落体方程(1604年) 自由落体方程(1604年)
库仑与牛顿:宇宙力的神秘相似性 库仑与牛顿:宇宙力的神秘相似性
玻尔兹曼熵方程(1877年) 玻尔兹曼熵方程(1877年)
狭义相对论方程(1905年) 狭义相对论方程(1905年)
广义相对论方程(1915年) 广义相对论方程(1915年)
行星自转方程:角动量与引力平衡之间 行星自转方程:角动量与引力平衡之间
行星轨道速度方程 行星轨道速度方程
普朗克方程 普朗克方程
无需数学理解薛定谔方程 无需数学理解薛定谔方程
牛顿三定律:从落地的苹果到绕轨的行星 牛顿三定律:从落地的苹果到绕轨的行星
麦克斯韦方程组 麦克斯韦方程组
保罗·狄拉克方程 保罗·狄拉克方程
能量守恒 能量守恒
电磁感应方程 电磁感应方程
为什么基本粒子没有质量? 为什么基本粒子没有质量?
热量与温度的区别 热量与温度的区别