動量守恒定律是指,如果一個系統(tǒng)不受外力作用,或者外力之和為零,則系統(tǒng)的總動量保持不變。這個結(jié)論叫做動量守恒定律。公式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。
推導(dǎo)過程:
以兩球碰撞為例:光滑水平面上有兩個小球,質(zhì)量分別為m1和m2,分別以勻速v1和v2(v1>v2)運(yùn)動,當(dāng)m1追上m2時,兩球發(fā)生碰撞,設(shè)碰撞后兩球的速度分別為v1ˊ和v2ˊ。
設(shè)水平向右為正方向,則它們相互作用(碰撞)前的總動量為:p=p1+p2=m1v1+m2v2,相互作用后兩球的總動量為:pˊ=p1ˊ+p2ˊ=m1v1ˊ+m2v2ˊ。
設(shè)碰撞時兩球相互作用力分別為F1、F2,力的作用時間為。
根據(jù)牛頓第二定律,碰撞時兩個球的加速度為:
根據(jù)牛頓第三運(yùn)動定律留學(xué)之路,大小相等,方向相反,即:F1=-F2動量守恒公式動量守恒公式,所以:m1a1=-m2a2。
碰撞時兩球間作用力的時間很短暫,用△t表示,因此碰撞前后加速度與速度的關(guān)系為:
代入上式可得:
或者寫為:
現(xiàn)在:
這表明,兩球碰撞前后系統(tǒng)的總動量相等。
附加信息
該項(xiàng)法律的特點(diǎn)是:
1.矢量
動量是矢量。動量守恒定律方程是矢量方程。通常,在指定正方向后,凡是能確定方向的物理量,都用“+”或“-”表示,只將大小代入物理量中:不能確定方向的物理量,可用字母表示。
2.即時性
動量是瞬時量,動量守恒定律指系統(tǒng)在任意時刻的動量不變,因此動量守恒定律的表達(dá)式為m1v1+m2v2+…=m1v1ˊ+m2v2ˊ+…,式中v1,v2…為作用前同一時刻的瞬時速度,v1ˊ,v2ˊ為作用后同一時刻的瞬時速度。
3.相對論
物體的動量與參考系的選擇有關(guān),通常以地面為參考系,因此作用前后的速度一定是相對于地面的。
4. 普遍性
它不僅適用于由兩個物體組成的系統(tǒng),也適用于由多個物體組成的系統(tǒng);不僅適用于由宏觀物體組成的系統(tǒng),也適用于由微觀粒子組成的系統(tǒng)。