我們生活在一個由無數(shù)物體組成的世界,這種物體有的大有的小動能定理實驗,有的靜止有的運動,有的單獨存在有的互相作用。為了便捷研究物體的運動規(guī)律,化學(xué)學(xué)家們提出了一個簡化的模型,就是質(zhì)點組。
質(zhì)點組是由若干個質(zhì)點構(gòu)成的系統(tǒng),每位質(zhì)點都可以看作是一個沒有大小和形狀的點動能定理實驗,只有質(zhì)量和位置。質(zhì)點組可以看作是一個整體,也可以看作是由各個質(zhì)點分別運動組成。為了描述質(zhì)點組的運動狀態(tài),我們須要用到一些數(shù)學(xué)量,例如速率、動量、力、功、能量等。
這么,怎樣用這種化學(xué)量來抒發(fā)質(zhì)點組的運動規(guī)律呢?明天我們一起學(xué)習(xí)質(zhì)點組的動能定律和柯尼希定律。
慣性系是指沒有加速度的參考系。在慣性系中,質(zhì)點組所有內(nèi)力做功之和加上質(zhì)點組遭到的所有外力做功之和等于質(zhì)點組動能(也就是所有質(zhì)點運動能量之和)的增量。這就是慣性系中質(zhì)點組的動能定律。須要注意的是質(zhì)點組內(nèi)力做功不可忽視!由牛頓第三定理可以得到內(nèi)力做功可以被忽視的充分條件是質(zhì)點組內(nèi)任意質(zhì)點間的距離不變,即質(zhì)心。
質(zhì)情系是指以質(zhì)點組的剛體為原點構(gòu)建的參考系。剛體是指所有質(zhì)點根據(jù)其質(zhì)量加權(quán)平均后得到的位置。在質(zhì)情系中,質(zhì)點組所有內(nèi)力相對于質(zhì)情系做功之和加上質(zhì)點組遭到的所有外力相對于質(zhì)情系做功之和等于質(zhì)點組相對于質(zhì)情系動能(也就是所有質(zhì)點相對質(zhì)情系的動能之和)的增量。這就是質(zhì)情系中質(zhì)點組的動能定律。
經(jīng)過理論推論,我們可以得到柯尼希定律,即質(zhì)點組相對于慣性系的動能等于質(zhì)點組相對于質(zhì)情系的動能加上剛體的動能。運用柯尼希定律我們可以便捷地估算一些滾動物體的動能,例如在水平面內(nèi)做無滑動滾動的圓盤的動能。
機械能是指物體的動能和勢能之和。動能是物體因為運動而具有的能量。勢能是指物體因為位置或則形狀而具有的能量,例如重力勢能、彈性勢能等。在個別特殊的情況下,我們會發(fā)覺質(zhì)點組的機械能不會隨著時間而改變,這就是質(zhì)點組的機械能守恒定律。
這個定律告訴我們,若質(zhì)點組中質(zhì)點所受的所有內(nèi)力和外力均為保守力,則質(zhì)點組機械能守恒。保守力是指只和物體的位置有關(guān),而不和物體的運動狀態(tài)有關(guān)的力,例如重力、彈力等。保守力對物體所做的功只取決于物體的初末位置,而不取決于物體運動的路徑。保守力對物體所做的功等于物體勢能的降低。因而,當(dāng)質(zhì)點組只遭到保守力時,內(nèi)力和外力對質(zhì)點組所做的功等于質(zhì)點組勢能的降低,而按照慣性系中質(zhì)點組的動能定律,內(nèi)力和外力對質(zhì)點組所做的功也等于質(zhì)點組動能的降低。這就意味著,在這些情況下,質(zhì)點組動能的降低等于質(zhì)點組勢能的降低,也就是說,質(zhì)點組機械能不變。
例如,假若我們把一個彈簧掛在天花板上,但是在彈簧上端掛一個小球,之后把小球拉下一段距離而且放開,這么小球都會在彈力和重力作用出來回震動。在這個過程中,小球只遭到彈簧力和重力兩種外力,它們都是保守力。因而,小球的機械能不會改變。當(dāng)小球向下運動時,它喪失動能而獲得勢能;當(dāng)小球向上運動時,它喪失勢能而獲得動能。小球機械能不變。
明天我們學(xué)習(xí)了質(zhì)點組的動能定律與柯尼希定律,還有質(zhì)點組的機械能守恒定律,你學(xué)會了嗎?感謝你們,我們上期見!