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動量定理和動能定理是牛頓力學中非常重要的定理

2023-11-15 16:14:10信息公告46

動量定律和動能定律是牛頓熱學中十分重要的定律,它們可以通過聯立多項式推論下來。下邊將詳盡介紹推論過程。8e6物理好資源網(原物理ok網)

1.動量定律:8e6物理好資源網(原物理ok網)

動量定律表明,當一個物體遭到外力作用時,它的動量的變化率等于外力的大小。8e6物理好資源網(原物理ok網)

設一個物體質量為m,速率為v,外力為F。依據牛頓第二定理,有:8e6物理好資源網(原物理ok網)

F=ma(1)8e6物理好資源網(原物理ok網)

物體的動量p定義為質量除以速率,即:8e6物理好資源網(原物理ok網)

p=mv(2)8e6物理好資源網(原物理ok網)

我們對上述等式兩側同時導數數,得到:8e6物理好資源網(原物理ok網)

dp/dt=d(mv)/dt(3)8e6物理好資源網(原物理ok網)

依據鏈式法則,左邊可以寫成:8e6物理好資源網(原物理ok網)

dp/dt=m*dv/dt+v*dm/dt(4)8e6物理好資源網(原物理ok網)

因為物體的質量m是常數,所以dm/dt=0,將其代入多項式(4)中,得到:8e6物理好資源網(原物理ok網)

dp/dt=m*dv/dt(5)8e6物理好資源網(原物理ok網)

動量定理公式推導_推導動量定理表達式_如何推導動量定理8e6物理好資源網(原物理ok網)

再依據牛頓第二定理F=ma,將ma替換dp/dt,得到:8e6物理好資源網(原物理ok網)

F=dp/dt(6)8e6物理好資源網(原物理ok網)

這就是動量定律的表達式,它說明了力和動量之間的關系。8e6物理好資源網(原物理ok網)

2.動能定律:8e6物理好資源網(原物理ok網)

動能定律表明,當一個物體遭到外力作用時,它的動能的變化率等于外力對物體做的功。8e6物理好資源網(原物理ok網)

設一個物體的質量為m,速率為v,動能為K。物體遭到的外力F做功W,按照功的定義有:8e6物理好資源網(原物理ok網)

W=F*s(7)8e6物理好資源網(原物理ok網)

其中s為物體在力F的作用下位移的距離。8e6物理好資源網(原物理ok網)

依據牛頓第二定理F=ma,可以將公式(7)改寫為:8e6物理好資源網(原物理ok網)

W=ma*s(8)8e6物理好資源網(原物理ok網)

將速率v和位移s之間的關系v=ds/dt代入公式(8)中,得到:8e6物理好資源網(原物理ok網)

W=m*(dv/dt)*ds(9)8e6物理好資源網(原物理ok網)

依據鏈式法則,上式可以寫成:8e6物理好資源網(原物理ok網)

推導動量定理表達式_動量定理公式推導_如何推導動量定理8e6物理好資源網(原物理ok網)

W=m*v*dv/dt*ds/dv(10)8e6物理好資源網(原物理ok網)

因為ds/dv可以表示為時間t的函數,將其用dt表示動量定理公式推導,得到:8e6物理好資源網(原物理ok網)

W=m*v*dv/dt*dt(11)8e6物理好資源網(原物理ok網)

因為W即為動能的變化量ΔK,所以可以用ΔK表示W,得到:8e6物理好資源網(原物理ok網)

ΔK=m*v*dv/dt*dt(12)8e6物理好資源網(原物理ok網)

對上式進行積分,得到:8e6物理好資源網(原物理ok網)

∫dK=m*∫v*dv(13)8e6物理好資源網(原物理ok網)

將上式從初態到末態積分,得到:8e6物理好資源網(原物理ok網)

K2-K1=1/2*m*(v2^2-v1^2)(14)8e6物理好資源網(原物理ok網)

其中K2和K1分別為物體在末態和初態的動能,v2和v1分別為末態和初態的速率。8e6物理好資源網(原物理ok網)

綜上所述,多項式(14)就是動能定律的表達式,它說明了外力對物體做功和動能之間的關系。8e6物理好資源網(原物理ok網)

將動量定律和動能定律聯立上去,可以得到愈發深刻的推論。依據動量定律,有F=dp/dt,按照動能定律,有F=ma=dp/dt=d(mv)/dt。將這兩個表達式相等動量定理公式推導,可以得到:8e6物理好資源網(原物理ok網)

d(mv)/dt=ma(15)8e6物理好資源網(原物理ok網)

這是聯立動量定律和動能定律的多項式,它進一步說明了力、動量和動能之間的關系。8e6物理好資源網(原物理ok網)

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