先備知識力的概念

動量守恆的原因

在無摩擦的軌道上,行進中的台車撞上靜止的台車後,兩車結合並一起運動。

1 kg⁠のA⁠が6 m/s⁠で、静止した2 kg⁠のB⁠に衝突。連結後の速さは?

用公式解釋現象

  1. 1寫出A⁠的運動方程式mA dvAdt=⁠FA……
  2. 2也寫出B⁠的運動方程式mB dvBdt=⁠FB……
  3. 3運用牛頓第三運動定律FA+⁠FB=⁠0……
  4. 4建立描述2⁠台車整體運動的方程式mA dvAdt+⁠mB dvBdt=⁠0……
  5. 5利用質量固定的條件,改寫為動量對時間的微分d(mA vA)dt+⁠d(mB vB)dt=⁠0……
  6. 6將微分之和合併為總動量的微分d(mA vA + mB vB)dt=⁠0……
  7. 7由微分為0⁠可知,總動量保持不變mA vA + mB vB=⁠常數……
  8. 8套用於碰撞後結合的台車mA vA0 + mB vB0=⁠(mA + mB) V……
  9. 進階:外力、衝量與能量
  10. 9考慮有外力作用的情況Δ(mA vA + mB vB)=⁠∫F外 dt……
  11. 10只考慮A⁠,建立衝量與動量變化量的關係mA V − mA vA0=⁠∫FA dt……
  12. 11比較碰撞前後的動能½ mA vA0² + ½ mB vB0²>⁠½ (mA + mB) V²……