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動(dòng)量定理和動(dòng)能定理是牛頓力學(xué)中非常重要的定理

2023-08-22 20:01:38綜合其它119

動(dòng)量定律和動(dòng)能定律是牛頓熱量學(xué)中非常重要的定律,它們可以通過(guò)聯(lián)立多項(xiàng)式推導(dǎo)。 下面將詳細(xì)描述推理過(guò)程。bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1、動(dòng)量定律:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

動(dòng)量定律指出動(dòng)能定理與動(dòng)量定理的區(qū)別,當(dāng)物體受到外力時(shí),其動(dòng)量的變化率等于外力的大小。bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

設(shè)物體的質(zhì)量為m,速度為v,外力為F。根據(jù)牛頓第二定理有:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

F=ma(1)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

物體的動(dòng)量 p 定義為質(zhì)量除以速度,即:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

p=mv(2)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

我們同時(shí)對(duì)上式兩邊求導(dǎo)數(shù),可得:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

dp/dt=d(mv)/dt(3)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

根據(jù)鏈?zhǔn)椒▌t,左邊可寫(xiě)為:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

dp/dt=m*dv/dt+v*dm/dt(4)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

由于物體的質(zhì)量m是一個(gè)常數(shù),dm/dt=0,將其代入多項(xiàng)式(4)可得:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

dp/dt=m*dv/dt(5)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

然后根據(jù)牛頓第二定理F=ma,將dp/dt換成ma可得:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

動(dòng)能定理與動(dòng)量_動(dòng)能定理和動(dòng)量怎么聯(lián)立_動(dòng)能定理與動(dòng)量定理的區(qū)別bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

F=dp/dt(6)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

這是動(dòng)量定律的表達(dá)式動(dòng)能定理與動(dòng)量定理的區(qū)別,描述了力和動(dòng)量之間的關(guān)系。bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

2、動(dòng)能定律:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

動(dòng)能定律指出,當(dāng)物體受到外力時(shí),其動(dòng)能的變化率等于外力對(duì)物體所做的功。bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

設(shè)物體的質(zhì)量為m,速度為v,動(dòng)能為K。外力F作用在物體上所做的功W,根據(jù)功的定義:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

W=F*s(7)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

其中s是物體在力F的作用下位移的距離。bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

根據(jù)牛頓第二定理F=ma,式(7)可改寫(xiě)為:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

W=ma*s(8)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

將速度v與位移s的關(guān)系v=ds/dt代入式(8),可得:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

W=m*(dv/dt)*ds (9)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

根據(jù)鏈?zhǔn)椒▌t,上式可寫(xiě)為:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

W=m*v*dv/dt*ds/dv (10)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

動(dòng)能定理和動(dòng)量怎么聯(lián)立_動(dòng)能定理與動(dòng)量_動(dòng)能定理與動(dòng)量定理的區(qū)別bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

由于 ds/dv 可以表示為時(shí)間 t 的函數(shù),因此用 dt 表示可得出:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

W=m*v*dv/dt*dt (11)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

由于W是動(dòng)能的變化量ΔK,因此我們可以用ΔK來(lái)表示W(wǎng),并得到:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

ΔK=m*v*dv/dt*dt (12)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

對(duì)上面的公式進(jìn)行積分,我們得到:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

∫dK=m*∫v*dv (13)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

將上式從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)積分,可得:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

K2-K1=1/2*m*(v2^2-v1^2) (14)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

其中,K2和K1分別為物體在終態(tài)和初始狀態(tài)的動(dòng)能,v2和v1分別為終態(tài)和初始狀態(tài)的速度。bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

綜上所述,多項(xiàng)式(14)是動(dòng)能定律的表達(dá)式,它解釋了外力對(duì)物體所做的功與動(dòng)能之間的關(guān)系。bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

將動(dòng)量定律和動(dòng)能定律結(jié)合起來(lái)可以得出更深刻的推論。 根據(jù)動(dòng)量定律,有F=dp/dt,根據(jù)動(dòng)能定律,有F=ma=dp/dt=d(mv)/dt。 將這兩個(gè)表達(dá)式等同得出:bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

d(mv)/dt=ma(15)bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

這是一個(gè)結(jié)合了動(dòng)量定律和動(dòng)能定律的多項(xiàng)式,它進(jìn)一步說(shuō)明了力、動(dòng)量和動(dòng)能之間的關(guān)系。bsM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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