动量
动量是对“力”的表示方式之一,是量度运动的物理量之一1。在经典力学里,动量(momentum)是物体的质量和速度的乘积。
例如,一辆快速移动的重型卡车拥有很大的动量。若要使这重型卡车从零速度加速到移动速度,需要使到很大的作用力;若要使重型卡车从移动速度减速到零速度也需要使到很大的作用力。假若卡车能够轻一点或移动速度能够慢一点,则它的动量也会小一点。
动量在国际单位制中的单位为。有关动量的更精确的量度的内容,请参见本页的动量的现代定义部分。
一般而言,一个物体的动量指的是这个物体在它运动方向上保持运动的趋势。动量实际上是牛顿第一定律的一个推论。
动量是一个守恒量,这表示为在一个封闭系统内动量的总和不可改变。在经典力学中,动量守恒暗含在牛顿定律中,但在狭义相对论中依然成立,(广义)动量在电动力学、量子力学、量子场论、广义相对论中也成立。
基本信息
- 中文名
动量
- 外文名
momentum
- 所属学科
力学2
- 表达式
p=mv
- 提出时间
16-17世纪
- 别名
线性动量
基础定义
物体在任何一个参考系中运动时,它都具有在该参考系中的动量。需要注意的是,动量是一个参考系决定量。也就是说,同一个物体在一个参考系中具有确定的动量,但在另一个参考系中却有可能具有不同的动量。
物体动量的数值取决于两个物理量的数值:运动物体在参考系中的质量与速度。在物理学中,动量以小写的p(黑体代表“p”是一个矢量)表示,动量的定义如下:
动量对时间的一阶导数的定义如下:
其中p为动量,t为时间,d为微分算符。由于在非相对论情形下,近乎零,所以,常将动量对时间的一阶导数简写作
一个物体的速度包括了该物体的速率与运动方向。因为动量由速度决定,所以动量也具有数量与方向,是一个空间矢量。例如,要表示出5 kg的保龄球的动量的话,可以以它有以2m/s的速率向西运动的状态来说明;但是,只认为该保龄球具有10 的动量的想法是不全面的,因为没有表示出它的运动方向。
定理
动量定理指出:
物体所受合力的冲量等于物体的动量变化。
推导
设一个质量为m的物体,初速度为v,那么初动量为p=mv,在合力F的作用下,经过一段时间t速度变为,末动量则变为
。物体的加速度为
。由牛顿第二定律
可得
即
在动量定理的推导过程中,我们假定合力F是恒定的,但是在实际生活当中要比这个复杂的多。如用球拍击打球或是用脚踢踢球时作用力就不是恒定的。但可以证明,动量定理不但适用于恒力,也可以随时间而变化的变力,对于变力的情况,动量定理中的F应理解为在作用时间内的平均值。此时作用力也称作动量的变化率。