定義:
必須:
或 P = 不變
這個(gè)公式表明,對(duì)于由兩個(gè)粒子組成的孤立系統(tǒng),我們找到了一個(gè)不變的P,我們稱(chēng)之為動(dòng)量。
孤立系統(tǒng)與動(dòng)量守恒定律
在上面的推導(dǎo)過(guò)程中,我們沒(méi)有使用作用力的具體形式,只使用了牛頓第二定律和第三定律。 因此,這個(gè)守恒定律是非常普遍的,與作用力的具體形式無(wú)關(guān)。 它適用于任何力量。 。
對(duì)于由多個(gè)粒子組成的孤立系統(tǒng),可以用完全相似的方法來(lái)證明系統(tǒng)的總動(dòng)量不隨時(shí)間變化。 我們稱(chēng)之為動(dòng)量守恒定律,其表達(dá)式如下:
在沒(méi)有外力或外力矢量和為零的系統(tǒng)中,每個(gè)粒子的動(dòng)量一直在變化,但它們的矢量和保持不變。
其中 Pi 是第 i 個(gè)粒子的動(dòng)量。
孤立系統(tǒng)與動(dòng)量守恒定律
一些注意事項(xiàng):
1. 與牛頓定律一樣,動(dòng)量守恒定律僅適用于慣性系。
系統(tǒng)動(dòng)量守恒并不要求系統(tǒng)不受外力作用,只要外力矢量和為零即可。 然而,沒(méi)有外力作用的系統(tǒng)的動(dòng)量必須守恒,因此孤立系統(tǒng)的動(dòng)量是守恒的。
3. 動(dòng)量守恒是一個(gè)向量表達(dá)式,可以寫(xiě)成三分量表達(dá)式:
如果 Fx = 0,則 Px = 常數(shù);
如果 Fy = 0,則 Py = 常數(shù);
如果 Fz = 0動(dòng)量守恒定律的兩種推導(dǎo),則 Pz = 常數(shù);
物體的動(dòng)量
粒子的沖量和動(dòng)量定理
當(dāng)力作用于粒子時(shí),它可以改變粒子的速度或動(dòng)量。 我們將牛頓第二定律寫(xiě)成微分形式,即:
式中,dp代表質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量的變化,F(xiàn)dt代表dt時(shí)間內(nèi)凈外力的累積,稱(chēng)為dt時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)所受凈外力的沖量(也稱(chēng)為元沖量) ),記為dJ,即:dJ=Fdt。
上式表明,在一定時(shí)間內(nèi)作用在質(zhì)點(diǎn)上的凈外力的沖量等于質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的增量。 這種關(guān)系稱(chēng)為粒子動(dòng)量定理的微分形式。 它實(shí)際上是牛頓第二定律的另一種形式。
粒子的沖量和動(dòng)量定理
對(duì)t0到t1的有限時(shí)間段進(jìn)行積分,即考慮一定時(shí)間內(nèi)力的累積效應(yīng),我們有:
式中,J表示這段時(shí)間內(nèi)合成外力的沖量。 沖量是矢量。 上式稱(chēng)為粒子動(dòng)量定理的積分形式。
值得注意的是動(dòng)量守恒定律的兩種推導(dǎo),要產(chǎn)生相同的動(dòng)量增量,力可小可大。 如果力量大,時(shí)間可以短一些。 如果力量小,時(shí)間需要更長(zhǎng)。 只要力的時(shí)間累積沖量相同,就會(huì)產(chǎn)生相同的動(dòng)量增量。
太陽(yáng)帆和運(yùn)載火箭
粒子系統(tǒng)動(dòng)量定理
1. 雙粒子系統(tǒng)(n = 2)
必須:
系統(tǒng)總動(dòng)量:
制作:
Fex是系統(tǒng)所受外力的矢量和,稱(chēng)為系統(tǒng)所受的總外力。
有:
微分形式
積分形式
粒子系統(tǒng)動(dòng)量定理
2. 多粒子系統(tǒng)(n > 2)
將方程組中的所有方程相加,由于所有內(nèi)力的矢量和為零,我們得到:
在:
