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[!--downpath--]动量守恒定律和能量守恒定律以及角动量守恒定律一起成为现代物理学中的三大基本守恒定律。动力学的普遍定理之一。动量定理的内容为:物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量。
公式中的冲量为所有外力的冲量的矢量和。动量定理是一个由实验观测总结的规律,也可由牛顿第二定律和运动学公式推导出来,其物理实质也与牛顿第二定律相同,这也意味着仅能在经典力学范围内适用。
区别:1,硑究对像不同。动量定理硑究对像是单个物体;而动量守恒定律的硑究对像是相互作用的物体组成的系统。2,动量定律的应用没有条件,动量守恒定律則必须满足系统总动量守恒的条件才能应用。3,动量定理应用时须选定一个运动过程,而动量守恒定律应用时须选定两个迈动状态。
动量定理和动能定理是牛顿力学中非常重要的定理,它们可以通过联立方程推导出来。下面将详细介绍推导过程。
1. 动量定理:
动量定理表明,当一个物体受到外力作用时,它的动量的变化率等于外力的大小。
设一个物体质量为m,速度为v,外力为F。根据牛顿第二定律,有:
F = ma (1)
物体的动量p定义为质量乘以速度,即:
p = mv (2)
我们对上述方程两边同时求导数,得到:
dp/dt = d(mv)/dt (3)
根据链式法则,右边可以写梁伍成:
dp/dt = m * dv/dt + v * dm/dt (4)
由于物体的质量m是常数,所以dm/dt = 0,将其代入方程(4)中,得到:
dp/dt = m * dv/dt (5)
再根据牛顿第二定律F = ma,将ma替换dp/dt,得到:
F = dp/dt (6)
这就是动量定理的表达式,它说明了力和动量之间的关系。
2. 动能定理:
动能定理表明,当一个物体受到外力作用时,它的动能的变化率等于外力对物体做的功。
设一个物饥渣纯体的质量为m,速度为v,动能为K。物体受到的外力F做功W,根据功的定义有:
W = F * s (7)
其中s为物体在力F的作用下位移的距离。
根据牛顿第二定律F = ma,可以将公式(7)改写为:
W = ma * s (8)
将速度v和位移s之间的关系v = ds/dt代入公式(8)中,得到:
W = m * (dv/dt) * ds (9)
根据链式法则,上式可以写成:
W = m * v * dv/dt * ds/dv (10)
由于ds/dv可以表示为时间t的函数,将其用dt表示,得到:
W = m * v * dv/dt * dt (11)
由于W即为动能的变化量ΔK,所以可以用ΔK表示W,得到:
ΔK = m * v * dv/dt * dt (12)
对上式进行积分,得到:
∫dK = m * ∫v * dv (13)
将上式从初态到末态积分,得到:
K2 - K1 = 1/2 * m * (v2^2 - v1^2) (14)
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度。
综上所述,方程(14)就是动能定理的表达式,它说明了外力对物体做功和动能之间的关系。烂咐
将动量定理和动能定理联立起来,可以得到更加深刻的结论。根据动量定理,有F = dp/dt,根据动能定理,有F = ma = dp/dt = d(mv)/dt。将这两个表达式相等,可以得到:
d(mv)/dt = ma (15)
这是联立动量定理和动能定理的方程,它进一步说明了力、动量和动能之间的关系。