动量定律的来历是构建在牛顿运动定理的基础之上的,当一个静止的物体(质量为M)在遭到恒力F作用一段时间T后,其加速度可以依据牛顿第二定理求出,即a=F/M,而在直线运动中,加速度又等于末速率除以初速率的差与时间的比值,即a=V/T,这个方程是省掉了初速率等于零的简化式。
将前面的两个方程进行联立,就有F×T=M×V。在此方程中,右边算式的数学涵义为力在时间上的累积,即为冲量,用符号I来表示。也就是说,冲量I=F×T。而右侧的多项式则为物体的动量,用符号P表示,也就是说动量P=M×V。
在冲量与动量中,因为质量与时间都为标量,而速率与力却都是适量,因而冲量与动量也都是矢量,它们既有大小,同时也有方向。冲量的方向与力的方向相同,确切的说是与合力的方向相同,或向合力的方向倾斜,而动量的方向却与速率的方向一致。所以,冲量是过程量,动量是状态量,但它们都遵守平行四边形法则。
弄清楚了冲量与动量后,我们再来看动量定律。当一个匀速运动的物体(质量为m),其速率为V1,在某一时刻给这个物体施加一个恒力F后,物体运动T时间内,速率变为V2,这么,此时的动量与冲量之间又有哪些关系呢?
按照上面的多项式可以得出F×T=MV2-MV1。也就是说,合力对物体形成的冲量等于物体的动量变化量,这就是知名的动量定律。动量定律的出现解决了好多变力问题,也就是说,动量定律只研究物体的始末状态,跟物体的中间量加速度就没有多大的关系。
在物体遭到变力的情况下,我们应当优先考虑用动量定律来解决实际的化学问题。当时我们也注意到,物体的冲量发生改变时,物体的动量并没有发生改变。诸如在一个水平面上一个很重的铁袋子,当一个人使劲推铁箱寅时,铁袋子就是不动,在此过程中,人的推理形成的冲量为F推×T,但物体仍然没有动,也就是说物体的动量仍然为零。在此过程中,物体的冲量在减小,而物体的动量却没有变化。故而,物体的动量与物体的获得的冲量是没有多大关系的。
因而,动量定律只适用于运动的物体,包括直线运动与曲线运动以及分子原子的运动,可以如此说,动量定律虽然是将牛顿运动定理从宏观的化学世界带入到了微观的化学世界,因而从根本上帮助人类解决本质上的问题。
动量定律在实际的生活中常用在避险上,比如我们熟悉的跳高运动中,当运动员起跳后动量定理p是什么意思,其落脚点为何在石子里呢?这是由于运动员在起跳之前获得了很大的速率,也就是很大的动量,但运动员在落地的时侯,其动量就为零。
也就是说,不管是运动员落到石子池里还是落到水泥地面上,运动员的动量变化量是相同的。依据牛顿第三定理可知,运动落地的瞬时压力等于地面对运动员的反冲力,假如这个反冲力越大,这么运动重伤的机率都会降低,严重者都有可能挫伤或残肢。
所以,为了保护运动员的人身安全,就必须降低地面对运动员的反冲力,也就降低运动对地面的压力。依据动量定律F×T=MV2-MV1可知,当动量的变化量一定时,延长时间可以降低力。所以动量定理p是什么意思,在短跑运动中建一个沙池就是为了增加反冲力对运动员的伤害的。
故而,只要是人们设计下来的东西,它都有化学科学作为根据的。