日本數學學院士霍耳頓說,引入新的數學量是邁向科學進步最有力的方式之一。
我們在后面的介紹上面動量公式,多次采用兩個已知化學量的比值的方式來定義新的數學量,例如電場硬度、電容、密度等化學量。
明天我們引入一個新的數學量:動量。
科學家在研究兩個小球互相碰撞的過程中,基于化學守恒的美,仍然猜想在兩個小球的碰撞的過程中,是哪些數學量在碰撞前后保持不變?是小球的速率?還是碰撞前后的小球的動能?
以上都不是,經過嚴密的數學實驗以及理論估算,科學家們找尋到了小球碰撞前后保持不變的數學量,那就是小球的質量與速率的乘積之和,在碰撞前后保持不變。
科學家們把物體質量與速率的乘積定位為動量。
我們用字母p表示動量,所以:p=mv,單位是千克米每秒。
動量是矢量,由此我們可以記住,一個標量與一個矢量的乘積還是矢量。
動量是小學數學階段十分重要的數學量,其定義對于宏觀、微觀都適用。
下邊來介紹下動量定律。
動量定律是描述一個物體在遭到力的作用后,其動量的變化量,與物體所遭到力及其力作用在物體上的時間之間的關系。
動量定律可以由牛頓第二定律導入,在此就不贅言其推論過程了。
動量定律用公式敘述就是:
F*Δt=p2-p1=mv2-mv1
其中F為物體所遭到的合外力,假如物體所遭到多個力的作用,我們就可以先求下來合外力,再減去對應的時間。而且我們把F*Δt稱為力F的沖量。
動量定律也彰顯了力在時間上的積累療效。
對于一個物體來說,其深受的合外力在一定時間上的積累療效會促使物體的動量發生改變。而且有,合外力除以時間等于物體的末動量除以初動量。這就是動量定律的敘述。
我們在求解物體所遭到的合外力的沖量時可以先把物體所遭到的合外力求下來,然后再用合外力乘積時間求得物體所遭到的合外力的沖量。其實我們也可以分別求下來物體所遭到的各個力的沖量,然后再求其矢量和動量公式,這樣也可以求得物體所遭到的合外力的沖量。
沖量是矢量,動量的變化量也是矢量。
動量定律告訴我們了力在時間上的積累療效,前面我們學到的動能定律告訴我們了力在空間位移上的積累療效,二是是從不同的角度上幫我們理解物體受力與物體的運動之間的關系,而動量以及動能的提出,是為了愈發方便地研究力的作用療效而提出的數學量。
你們可以想像下,好多公式的敘述,本質上是對同一化學過程的不同角度的描述,本質上講解的是一回事,只是看待問題的角度不同而已。
其實,動量定律有好多應用,也可以幫助我們解釋好多化學現象,例如為何玻璃杯掉在水泥地上容易碎,為何運動員在落地頓時要彎曲膝蓋之類的。