以下是一個(gè)關(guān)于某一方向上動(dòng)量守恒的例題:
例題:
在一個(gè)光滑的水平面上有兩個(gè)物體,質(zhì)量分別為 m1 和 m2,它們之間的距離可以用彈簧連接。當(dāng)彈簧被拉伸到一定程度時(shí),m1 和 m2 會(huì)開始運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)在 m1 靜止不動(dòng),m2 以速度 v 向 m1 運(yùn)動(dòng)。
問題:
當(dāng) m2 與 m1 碰撞后,它們的速度會(huì)發(fā)生怎樣的變化?
分析:
由于水平面光滑,所以系統(tǒng)在水平方向上不受外力作用,因此系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒。
碰撞前,m2 的速度為 v,m1 的速度為零。由于 m2 是運(yùn)動(dòng)的,所以它的動(dòng)量 p2 大于零。
碰撞后,由于動(dòng)量守恒,m2 的速度會(huì)減小,而 m1 的速度會(huì)增大。由于我們不知道 m1 和 m2 的初始距離以及彈簧的拉伸程度,所以無法確定 m1 的具體速度。但是我們可以確定的是,m1 的速度會(huì)大于零,小于 v。
結(jié)論:
碰撞后,m2 的速度會(huì)減小,m1 的速度會(huì)增大。m1 和 m2 的總動(dòng)量仍然與碰撞前相同。
這個(gè)例子展示了在一個(gè)方向上動(dòng)量守恒的物理過程,即兩個(gè)物體之間的碰撞過程。在這個(gè)過程中,系統(tǒng)不受外力作用,因此動(dòng)量在水平方向上保持不變。
假設(shè)有一個(gè)質(zhì)量為 m 的小球,在光滑的水平桌面上以速度 v 向前滾動(dòng)。在小球的前方有一堵墻。當(dāng)小球碰到墻后,它的動(dòng)量會(huì)發(fā)生怎樣的變化?
在這個(gè)問題中,我們只考慮了小球的動(dòng)量在一個(gè)方向上的變化,即沿著桌面向前的方向。由于小球在水平桌面上滾動(dòng),它只受到桌面的支持力,而沒有受到其他方向的力,因此小球在水平方向上的動(dòng)量是守恒的。
根據(jù)動(dòng)量守恒定律,初始狀態(tài)下,小球具有動(dòng)量 p = mv,方向向前。
當(dāng)小球碰到墻后,它的動(dòng)量的一部分將反彈回去,方向向后。但是,由于小球和墻之間的碰撞是彈性的,所以小球的動(dòng)量的變化量應(yīng)該等于墻受到的等量的反向動(dòng)量。因此,在碰撞之后,小球的動(dòng)量仍然是 p = mv,方向向前。