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动量守恒公式

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动量守恒定律是经典力学中的基本定律之一,其核心公式和要点如下:

一、基本公式

动量守恒定律的表达式

- 矢量形式:$m_1v_1 + m_2v_2 = m_1v_1' + m_2v_2'$

- 动量变化量形式:$\Delta p = 0$(即系统总动量保持不变)

特殊情况简化表达式

- 当系统仅受内力(如碰撞、爆炸)时,可简化为:

$$m_1v_1 + m_2v_2 = m_1v_1' + m_2v_2'$$

或者写作:

$$p_1 + p_2 = p_1' + p_2'$$

其中 $p = mv$,$p_1 = m_1v_1$ 等

二、公式的物理意义

矢量性:

动量是矢量,守恒定律要求动量变化量 $\Delta p = m_1(v_1' - v_1) + m_2(v_2' - v_2)$ 满足大小相等、方向相反的关系。

适用条件:系统不受外力或所受外力之和为零。

三、典型应用场景

碰撞问题

- 完全弹性碰撞:

可推导出速度公式:

$$v_1' = \frac{(m_1 - m_2)v_1 + 2m_2v_2}{m_1 + m_2}$$

$$v_2' = \frac{(m_2 - m_1)v_2 + 2m_1v_1}{m_1 + m_2}$$

- 非完全弹性碰撞:同样适用动量守恒,但需结合能量守恒进一步分析。

天平实验验证

通过测量碰撞前后系统总动量(如平抛运动水平位移与时间的关系),可验证动量守恒。

四、守恒条件的补充说明

广义条件:

若系统在某方向上合外力为零(如斜面滑块),该方向动量守恒。

实际应用:如子弹打木块(外力远小于内力)、物块沿斜面下滑(忽略摩擦)等。

以上公式和要点综合了经典物理学的理论推导与实验验证,是解决碰撞、天体运动等问题的核心工具。