曲线运动动量守恒的条件是:合外力为零,或者在某个方向上的力为零,或者初动量与所受外力的矢量和在一条直线上。
当物体所受的合外力和它速度方向不在同一直线上,物体就是在做曲线运动。常见的动量守恒的运动有碰撞、爆炸、打击、完全非弹性碰撞、完全弹性碰撞等。
在曲线运动中,物体运动的速度方向沿着轨迹的切线方向,而动量P=mv,由于曲线运动切线方向的速度在变化,所以曲线运动一定是变速运动,也就是动量不守恒。但是,如果考虑物体的动量的变化,那么在曲线运动中,物体的动量也可以是守恒的。
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题目:小球沿光滑圆弧轨道滑下,到达底端后沿水平面以速度v射出。已知小球的质量为m,圆弧的半径为R。求小球射出水平面后的速度。
解析:
小球在圆弧轨道上滑下时,受到重力和圆弧的支持力。由于圆弧是光滑的,所以支持力对小球不做功,即小球的机械能守恒。当小球到达底端时,它的动能和重力势能相互转化。
当小球射出水平面时,它的动量守恒。根据动量守恒定律,有:
mv0 = (mv) + 0
其中v0是小球在圆弧轨道底端的速度,v是小球射出水平面后的速度。
解得:
v = v0 - sqrt(2gR) sin(theta)
其中theta是小球射出水平面时的角度。
这个例子中,小球在圆弧轨道上滑下时受到重力和支持力的作用,但支持力不做功,所以机械能守恒。小球射出水平面后,由于动量守恒定律的作用,它的速度可以求出。