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动量

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除去じょきょいん摩擦まさつあずか传热いんもとしょ造成ぞうせいてき微小びしょう损失,ざいたいだま运动さと以很あかり显的观察到,所有しょゆう圆球遵循动量守恒もりつね定律ていりつとう圆球A击中圆球B时,かりわか圆球Aいん此停じゅう,则它てき原本げんぽん动量都会とかい传给圆球B;かりわか圆球A仍旧うつり动,则它てき原本げんぽん动量ただゆう一部分会传给圆球B,剩余じょうよてき动量そんとめざい圆球A。

ざい经典力学りきがくさと动量(momentum,pりょう物体ぶったいてき质量速度そくどてきじょう积()。れい如,一辆快速移动的重型卡车拥有很大的动量。わかよう使つかい这重がた卡车从零速度そくど加速かそくいたうつり速度そくど,则需要じゅよう使いた很大てき作用さようりょくわかよう使つかいじゅうがた卡车从移动速度そくど减速いたれい,则也需要じゅよう使いた很大てき作用さようりょくわか卡车轻一点或移动速度慢一点,则它てき动量也会しょういちてん

动量ざいくに际单せいなかてき单位为kg·m/s。ゆう关动量的りょうてきさらせい确的りょうてき内容ないよう,请参见本页的动量てき现代てい部分ぶぶん

一般いっぱん而言,いち物体ぶったいてき动量ゆびてき这个物体ぶったいざい它运动方向上こうじょう保持ほじ运动てき趋势。动量实际じょううし顿第いち定律ていりつてきいち个推论。动量りょう,其方向ほうこうあずか速度そくど方向ほうこうしょうどう。动量どう时也いち守恒もりつねりょう,这表示ひょうじ为在いちふう闭系统うち动量てき总和不可ふかあらため变。ざい经典力学りきがくなか,动量守恒もりつねくら含在うし定律ていりつちゅうただしざいせま义相对论ちゅう依然いぜん成立せいりつ,(广义)动量ざい电动力学りきがく量子力学りょうしりきがく量子りょうし场论广义しょう对论中也ちゅうや成立せいりつ

勒内·ふえ卡儿认为宇宙うちゅうちゅう总的“运动てきりょう保持ほじ守恒もりつねてき,这里しょ说的“运动てきりょう理解りかい为“物体ぶったいだい小和おわ速度そくどてきじょう积”——ただし这不よろしかい读为现代动量定律ていりつてきひょう达方しきいん为笛卡尔并没ゆう“质量”这个概念がいねんあずか物体ぶったい重量じゅうりょうかず大小だいしょう间的关系区分くぶん开来,さら重要じゅうようてき认为そくりつ(标量)而不速度そくどりょう守恒もりつねてきよし此对于笛卡儿らい说:一个移动的物体从另一个表面弹回来的时候,该物体ぶったいてき方向ほうこう发生りょうあらため变但そくりつぼつゆう发生あらため变,运动てきりょう应该ぼつゆう发生あらため[1][2]

经典力学りきがくちゅうてき动量

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物体ぶったい在任ざいにんなんいち参考さんこうけいちゅう运动时,它都具有ぐゆうざい参考さんこうけいなかてき动量。需要じゅよう注意ちゅういてき,动量一个参考系决定量。也就说,どう一个物体在一个参考系中具有确定的动量,ただしざい另一个参考系中却有可能具有不同的动量。

物体ぶったい动量てきすう值取决于两个物理ぶつり量的りょうてきすう值:运动物体ぶったいざい参考さんこうけいなかてき质量あずか速度そくどざい物理ぶつりがくちゅう,动量以小うつしてきくろたい代表だいひょういちりょう表示ひょうじ,动量てきてい义如

动量对时间的いち导数てきてい义如

其中p为动りょう,t为时间,d为微分びぶんさん

とう物体ぶったいざい运动ちゅう质量变的じょうがた,此时,以将动量对时间的一阶导数简写作

一个物体的速度包括了该物体的速率与运动方向。よし为动りょうよし速度そくど决定,所以ゆえん动量也具有ぐゆう数量すうりょうあずか方向ほうこういちそらりょうれい如,よう表示ひょうじ5 kgてき龄球てき动量てき话,以以它有以2m/sてきそくりつこう西にし运动てきじょう态来说明;ただしただ认为该保龄球具有ぐゆう10 kg·m/sてき动量てきそうほう全面ぜんめんてきいん为没ゆう表示ひょうじ它的运动方向ほうこう

定理ていり

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动量定理ていり指出さしで

物体ぶったいしょ合力ごうりょくてき冲量とう物体ぶったいてき动量变化。

推导

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设一个质りょう为mてき物体ぶったいはつ速度そくど为v,么初动量为p=mv,ざい合力ごうりょくFてき作用さよう,经过いちだん时间t速度そくど变为すえ动量则变为物体ぶったいてき加速度かそくどゆかりうし顿第定律ていりつとくそく
ざい动量定理ていりてき推导过程ちゅうわが假定かてい合力ごうりょくFつねじょうてきただしざい实际生活せいかつとうちゅうよう这个复杂てき。如用だまはく打球だきゅうあるようあし踢踢だま时作ようりょく就不つねじょうてきただし以证あきら[3],动量定理ていりただし适用于恒りょく,也可以随时间而变てき变力,对于变力てきじょう况,动量定理ていりちゅうてきF应理解りかい为在作用さよう时间内的ないてき平均へいきん值。此时作用さようりょく 也称さく动量てき变化りつ

碰撞ちゅうてき动量守恒もりつね

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动量具有ぐゆういち特殊とくしゅ属性ぞくせいただようざいいちふう闭系统なか,它总かい保持ほじつねじょうそく使つかい物体ぶったい碰撞发生时。而对动能而言,弹性碰撞てき物体ぶったいてき动能はたかい守恒もりつねよし此,とう碰撞过后利用りよう动量守恒もりつねらい计算未知みち速度そくど

ざい物理ぶつりがくじょう,这个特殊とくしゅ属性ぞくせいようらいかい决两个相碰物体ぶったいてき问题。よし为动りょうはじめ保持ほじつねじょう,碰撞ぜん动量てき总和一定与碰撞后动量的总和相等:

其中,i表示ひょうじ碰撞まえてきはつりょう,f表示ひょうじ碰撞きさきてきまつりょう要注意ようちゅういてき此时りょう

通常つうじょうらい说,わが们只需知どう碰撞まえある碰撞きさき物体ぶったいてき速度そくど便びん算出さんしゅつ碰撞きさきある碰撞まえ物体ぶったいてき速度そくど。碰撞ゆう两种类型,两种类型ちゅう动量みやこ守恒もりつね

弹性碰撞

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弹性碰撞てき一个较好的例子是两个台球之间的碰撞。とう两个だましょう碰时,じょりょう动量保持ほじつねじょうがい,碰撞ぜんきさき动能てき总和也将保持ほじ变:

いん为每个因しきちゅう含有がんゆうけいすう所以ゆえんまたしょう该系すううつりじょ

せいこう碰撞(いち维)

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せい碰即对心碰撞(head on collision),两物体ぶったい沿着一条直线碰撞后仍沿原来直线运动,ぞく于弹せい碰撞ちゅうてきいち种。

联立两方ほどとく,两物体ぶったいさい速度そくど

はすこう碰撞(维)

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以分别以方向ほうこう以及方向ほうこうてき动量守恒もりつね决定碰撞ぜんきさきてき速度そくど关系。

动量守恒もりつね定律ていりつ

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动量守恒もりつねりょう动量守恒もりつね定律ていりつ表示ひょうじ为:一个系统不受外力或者所受外力之和为零,这个けい统中所有しょゆう物体ぶったいてき总动りょう保持ほじ变。它的いち个推论为:ざいぼつゆう外力がいりょく预的じょう况下,にんなんけい统的质心みやこすすむ保持ほじ匀速ちょく线运动ある静止せいしじょう态不变。动量守恒もりつね定律ていりつよしつくえ械能对空间平うつり对称せい推出。

ざいへだた离系统(存在そんざい外力がいりょくちゅう总动りょうはたいち个守つねりょう,这暗含在うし运动だいいち定律ていりつこれちゅう

いん为动りょうりょう所以ゆえん从起さき静止せいしてきちゅう射出しゃしゅつきさきつきかん弹和枪都ざい运动,ただしよし于子弹的动量あずか枪的动量とう值反むこう,它们相互そうご抵消,使つかい得子とくこ弹与枪形成けいせいてきけい统中动量てき总和依然いぜん为零。

わかゆうけい统外あい(净)ちから为零,则系统内かく质点相互そうご作用さようりょくまた为零(视为うし顿第さん定律ていりつ作用さようりょく反作用はんさようりょく原理げんり),动量变化为零,所以ゆえん动量守恒もりつね。动量守恒もりつね定律ていりつ具有ぐゆう适性,适用于ひろしほろけい统,参考さんこうけい

动量てき现代てい

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あい对论力学りきがくちゅうてき动量

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ざいあい对论力学りきがくなか,动量てい义为:

其中:

  • 表示ひょうじ运动物体ぶったいてき静止せいし质量;
  • u表示ひょうじ物体ぶったいあずか观察しゃ间的しょう速度そくど
  • c表示ひょうじ光速こうそく

とう物体ぶったいざい低速ていそく极限(u/c -> 0)しも运动时,そう对论力学りきがくてき动量しき变化为牛顿力がくてき动量しき

おもね尔伯とく·爱因斯坦ゆかりらく伦兹变换したてきよん维矢りょう守恒もりつね发展提出ていしゅつりょうしょう对论てきよん维动りょう。其中よん维矢りょう量子りょうし场论使用しようかくりん函数かんすう自然しぜん导出。四维动量被定义为:

其中,表示ひょうじあい对论动量てき分量ぶんりょう表示ひょうじけい统的总能りょう

れい速度そくどとう于零,いた一个物体的静止质量和能量之间的关系E=mc²

量的りょうてき“长度”保持ほじつねていてい义为:

静止せいし质量物体ぶったいてき动量

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静止せいし质量物体ぶったいたとえ光子こうしまたゆう动量。计算てき公式こうしき为:

其中
表示ひょうじひろしろうかつつねりょう
表示ひょうじ光子こうしてきなみ长;
表示ひょうじ光子こうしてきのうりょう
表示ひょうじ光速こうそく

动量てき适性

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动量たいらうつり守恒もりつねてき诺特よし此,甚至连也与其他ぶつ质一样具有ぐゆう动量,而不とめ粒子りゅうしただしざい弯曲时空闵可おっと斯基しきちゅう,动量根本こんぽんぼつゆうてい义。

量子力学りょうしりきがくちゅうてき动量

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ざい量子力学りょうしりきがくなか,动量てい义为なみ函数かんすうてきいちさんうみもり确定せい原理げんりてい义了单一观测系统中一次测定动量和位置的精确极限。ざい量子力学りょうしりきがくちゅう,动量あずか位置いちいちきょう物理ぶつりりょう

对单个不带电荷且没ゆうまとつぶ子来こらい说,动量さんうつしさく

其中,表示ひょうじはしごさん。这是动量さんてきいち个普どおり形式けいしき,而非さい普遍ふへんてきいち个。

电磁がくちゅうてき动量守恒もりつね

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とう电场/ある磁场うつり动时,它们带有动量。电磁见光、むらさきがい线、无线电波とう也有やゆう动量,そく使つかいぼつゆう静止せいし质量てき光子こうし,也同样带ゆう动量。这被应用ざい诸如ふとし阳帆うえ

参考さんこう文献ぶんけん

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  1. ^ Daniel Garber. Descartes' Physics. John Cottingham (编). The Cambridge Companion to Descartes. Cambridge: Cambridge University Press. 1992: 310–319. ISBN 0-521-36696-8. 
  2. ^ Rothman, Milton A. Discovering the natural laws : the experimental basis of physics 2nd. New York: Dover Publications. 1989: 83–88. ISBN 9780486261782. 
  3. ^ 人民じんみん教育きょういく出版しゅっぱんしゃ物理ぶつりしつぜんにちせい普通ふつうだか中学ちゅうがく教科きょうか物理ぶつりだいさつISBN 978-7-107-16500-9

参看さんかん条目じょうもく

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