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动量定理和动能定理是牛顿力学中非常重要的定理

更新时间:2023-11-15 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

动量定律和动能定律是牛顿热学中十分重要的定律,它们可以通过联立多项式推论下来。下边将详尽介绍推论过程。wm0物理好资源网(原物理ok网)

1.动量定律:wm0物理好资源网(原物理ok网)

动量定律表明,当一个物体遭到外力作用时,它的动量的变化率等于外力的大小。wm0物理好资源网(原物理ok网)

设一个物体质量为m,速率为v,外力为F。依据牛顿第二定理,有:wm0物理好资源网(原物理ok网)

F=ma(1)wm0物理好资源网(原物理ok网)

物体的动量p定义为质量除以速率,即:wm0物理好资源网(原物理ok网)

p=mv(2)wm0物理好资源网(原物理ok网)

我们对上述等式两侧同时导数数,得到:wm0物理好资源网(原物理ok网)

dp/dt=d(mv)/dt(3)wm0物理好资源网(原物理ok网)

依据链式法则,左边可以写成:wm0物理好资源网(原物理ok网)

dp/dt=m*dv/dt+v*dm/dt(4)wm0物理好资源网(原物理ok网)

因为物体的质量m是常数,所以dm/dt=0,将其代入多项式(4)中,得到:wm0物理好资源网(原物理ok网)

dp/dt=m*dv/dt(5)wm0物理好资源网(原物理ok网)

动量定理公式推导_推导动量定理表达式_如何推导动量定理wm0物理好资源网(原物理ok网)

再依据牛顿第二定理F=ma,将ma替换dp/dt,得到:wm0物理好资源网(原物理ok网)

F=dp/dt(6)wm0物理好资源网(原物理ok网)

这就是动量定律的表达式,它说明了力和动量之间的关系。wm0物理好资源网(原物理ok网)

2.动能定律:wm0物理好资源网(原物理ok网)

动能定律表明,当一个物体遭到外力作用时,它的动能的变化率等于外力对物体做的功。wm0物理好资源网(原物理ok网)

设一个物体的质量为m,速率为v,动能为K。物体遭到的外力F做功W,按照功的定义有:wm0物理好资源网(原物理ok网)

W=F*s(7)wm0物理好资源网(原物理ok网)

其中s为物体在力F的作用下位移的距离。wm0物理好资源网(原物理ok网)

依据牛顿第二定理F=ma,可以将公式(7)改写为:wm0物理好资源网(原物理ok网)

W=ma*s(8)wm0物理好资源网(原物理ok网)

将速率v和位移s之间的关系v=ds/dt代入公式(8)中,得到:wm0物理好资源网(原物理ok网)

W=m*(dv/dt)*ds(9)wm0物理好资源网(原物理ok网)

依据链式法则,上式可以写成:wm0物理好资源网(原物理ok网)

推导动量定理表达式_动量定理公式推导_如何推导动量定理wm0物理好资源网(原物理ok网)

W=m*v*dv/dt*ds/dv(10)wm0物理好资源网(原物理ok网)

因为ds/dv可以表示为时间t的函数,将其用dt表示动量定理公式推导,得到:wm0物理好资源网(原物理ok网)

W=m*v*dv/dt*dt(11)wm0物理好资源网(原物理ok网)

因为W即为动能的变化量ΔK,所以可以用ΔK表示W,得到:wm0物理好资源网(原物理ok网)

ΔK=m*v*dv/dt*dt(12)wm0物理好资源网(原物理ok网)

对上式进行积分,得到:wm0物理好资源网(原物理ok网)

∫dK=m*∫v*dv(13)wm0物理好资源网(原物理ok网)

将上式从初态到末态积分,得到:wm0物理好资源网(原物理ok网)

K2-K1=1/2*m*(v2^2-v1^2)(14)wm0物理好资源网(原物理ok网)

其中K2和K1分别为物体在末态和初态的动能,v2和v1分别为末态和初态的速率。wm0物理好资源网(原物理ok网)

综上所述,多项式(14)就是动能定律的表达式,它说明了外力对物体做功和动能之间的关系。wm0物理好资源网(原物理ok网)

将动量定律和动能定律联立上去,可以得到愈发深刻的推论。依据动量定律,有F=dp/dt,按照动能定律,有F=ma=dp/dt=d(mv)/dt。将这两个表达式相等动量定理公式推导,可以得到:wm0物理好资源网(原物理ok网)

d(mv)/dt=ma(15)wm0物理好资源网(原物理ok网)

这是联立动量定律和动能定律的多项式,它进一步说明了力、动量和动能之间的关系。wm0物理好资源网(原物理ok网)

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