闡述並推導動量守恆定律。
動量守恆定律指出 -
在一個孤立系統中,兩個或多個相互作用的物體,其總動量保持不變,除非受到外力的作用。
因此,動量既不能被創造也不能被消滅。
動量守恆定律的推導
考慮兩個碰撞的粒子 A 和 B,它們的質量分別為 m1 和 m2,A 的初速度和末速度分別為 u1 和 v1,B 的初速度和末速度分別為 u2 和 v2。兩個粒子之間的接觸時間為 t。
$\displaystyle A=m_{1}( v_{1} -u_{1})$ (粒子 A 的動量變化)
$\displaystyle B=m_{2}( v_{2} -u_{2})$ (粒子 B 的動量變化)
$\displaystyle F_{BA} =-F_{AB}$ (由牛頓第三定律)
$\displaystyle F_{BA} =m_{2} \times a_{2} \ $
$\displaystyle =$$\displaystyle \frac{m_{2}( v_{2} -u_{2})}{t}$
$\displaystyle F_{AB} =m_{1} \times a_{1} \ $
$\displaystyle =m_{1}( v_{1} -u_{1}) \ m_{2}( v_{2} -u_{2}) \ t$
$\displaystyle =-m_{1}( v_{1} -u_{1}) t\ m_{1} u_{1} +m_{2} u_{2}$
$\displaystyle =-m_{1} v_{1} +m_{2} v_{2}$
因此,以上是動量守恆定律的方程,其中,$\displaystyle =-m_{1} u_{1} +m_{2} u_{2}$表示碰撞前粒子 A 和 B 的總動量,而$\displaystyle =-m_{1} v_{1} +m_{2} v_{2} $ 表示碰撞後粒子 A 和 B 的總動量。