JoVE Logo

登录

动量守恒

Overview

资料来源:尼古拉斯 · 蒂蒙斯Asantha 库雷博士,物理系 & 天文,物理科学学院,加利福尼亚大学,加利福尼亚州欧文市

本试验主要目的是动量的测试守恒的概念。通过设置与非常小的摩擦表面,可以研究了运动物体之间的碰撞,包括其初始的和最终的动量。

动量守恒定律是物理学中最重要的法律之一。当一些东西守恒的物理学中时,初始价值等于最终值。对于动量,这意味着系统总最初的势头将等于总的最终动力。牛顿第二定律物体上的力将等于中对象的动量随时间的变化。这一事实,结合思想动量守恒的是经典力学的运作的基础,是解决问题的有力工具。

Principles

动量Equation 1定义为物体时间为其速度的质量Equation 2:

Equation 3.(方程 1)

此外可以定义对象 (牛顿第二定律) 力推动:

Equation 4.(公式 2)

在这里,Equation 5是最初的动力和Equation 6是最后的势头,与相同的约定时间用于Equation 7Equation 8。对象的作用力的总和等于物体的动量随时间变化。因此,如果对象没有净力,动量的变化将为零。说另一种方式,在一个封闭的系统与不受外力作用,最初的动力将等于最后的势头。

这一概念是最容易理解的一维、 二维碰撞。在一维碰撞,物体都有重量Equation 9和初始速度Equation 10碰撞与另一个物体都有重量Equation 11和初始速度Equation 12。在这些碰撞,将假定外部力量为太小了,有效果。在实验室中,气垫导轨用来减少摩擦,外力的作用,对滑翔飞行的鸟类。如果最初的动力是等于最后的势头,那么:

Equation 13(公式 3)

在那里引物的速度代表最后的流速与非底层的之间代表初始速度。

Figure 1
图 1.实验设置。

Procedure

1.理解光板计时器。

  1. 使用一种平衡,测量和记录每个滑翔机的质量。
  2. 与一个光板计时器在轨道上放置一个滑翔机。
  3. 设置为"门"设置的光板计时器。
  4. 当滑翔机通过光板时,它将记录上方滑翔机的旗穿过门的时间。在回程的时候,光板将不显示新的时间。开关切换来"读",它将显示初始时间再加上第二次通过大门。
  5. 国旗是 10 厘米长;确定使用速度距离除以时间的滑翔机的速度。
  6. 发送通过光板滑翔机多次,包括回程后它已反弹远处的墙,和为了熟悉设备和测量速度。记住,速度有一个方向。让代表积极的初始速度方向和相反的方向,表示负速度值。

2.两个滑翔机的质量相等。

  1. 将两个滑翔机和两个光电计时器放在轨道上,如图 1所示。
  2. 使用方程 3确定最终速度的表达式。在此实验的一部分,滑翔机 B 将开始从休息。
  3. 给滑翔机一些初始的速度,所以它会碰撞滑翔机 B.记录 A,滑翔机的初始速度,以及每个滑翔机的最终速度。做了三次,记录您的结果,并比较了理论预测。

3.两个滑翔机的不同的质量。

  1. 添加 4 权滑翔机 B,其中将加倍它的质量。重复步骤 2.1-2.3。

4.平等群众不从休息

  1. 从滑翔机 B.删除权重
  2. 重复步骤 2.1-2.3,但给 B 的初始速度,以及滑翔机滑翔机 A.方向

Results

表 1。从两个滑翔机的质量相等的结果。

滑翔机
(试行)
Equation 14
(cm/s)
Equation 15
(cm/s)
Equation 16
(cm/s)
Equation 17
(cm/s)
差异
(%)
(1) 72.5 -0.2 - - -
B (1) 0.0 67.1 72.5 66.9 8
A (2)。 35.6 0.3 - - -
B (2) 0.0 37.4 35.6 37.7 6
(3) 47.4 0.0 - - -
B (3) 0.0 47.8 47.4 47.8 1

表 2。结果从两个滑翔机的不同的质量。

滑翔机
(试行)
Equation 14
(cm/s)
Equation 15
(cm/s)
Equation 18
(公斤厘米/s)
Equation 19
(公斤厘米/s)
差异

(%)

(1) 52.9 -10.7 - - -
B (1) 0.0 37.7 52.9 64.7 22
A (2)。 60.2 -13.2 - - -
B (2) 0.0 41.5 60.2 69.8 16
(3) 66.2 -12.0 - - -
B (3) 0.0 45.9 66.2 79.7 20

表 3。从不从休息的质量相等的结果。

滑翔机
(试行)
Equation 14
(cm/s)
Equation 15
(cm/s)
Equation 16
(cm/s)
Equation 17
(cm/s)
差异
(%)
(1) 48.8 -29.9 - - -
B (1) -42.4 39.8 6.4 9.9 55
A (2)。 38.6 -25.2 - - -
B (2) -33.4 32.8 5.2 7.6 46
(3) 38.9 -43.1 - - -
B (3) -48.5 36.3 -9.6 -6.8 41

步骤 2、 3 和 4 的结果确认方程 3所作的预测。在步骤 2 中,滑翔机 A 来到后相撞滑翔机 B.几乎完全停止因此,几乎所有其动量传输到滑翔机 B.在步骤 3 中,滑翔机 A 不到站下车后与重滑翔机 B.相撞相反,它返回后传授一些动力滑翔机 B.向相反的方向在步骤 4 中,系统的总动量保持不变,尽管这两个滑翔机的方向变化。事实上,在某些情况下,总动量似乎会增加两个滑翔机下降的速度是与事实有关,那里是实验误差和碰撞本身并非完全弹性。声音和碰撞的废热可以采取系统的能量。这一事实,气垫导轨可能不是完全水平可以改变的速度滑翔飞行的鸟类的行为。如果甚至略微倾斜的轨道,速度会增加,由于重力的方向。结果还表明,系统,无论初始速度的总动量保持不变。

Application and Summary

没有动量守恒,火箭将永远不会离开地面。火箭不实际上反对任何推-他们依靠推力起飞。最初,火箭和火箭本身的燃料都一动不动,和有动量为零。启动时,火箭推进了乏的燃料非常迅速。这乏的燃料的质量和动量。如果最后的势头必须等于最初的势头 (零),然后在相反的方向的废弃燃料必须有一些势头。因此,火箭是向上推进。

曾经开了一枪的人理解动量守恒。火箭的燃料系统从上面,像枪/弹药系统也开始在休息。当弹药发射出枪以惊人的速度时,在相反的方向来抵消子弹的势头必须有一些势头。这被称为反冲,并且可以是非常强大的。

由几个金属球,悬挂在字符串组成的流行桌装饰称为"牛顿摇篮"很好的理由。这是动量的另一个例子守恒。当一个球是解除和释放时,看来它的邻居,转移其势头。这一势头沿着线直到最后球第一,使其向外凸出的发展势头。这会走下去,如果不是因为外部力量,如空气阻力及能量损失的碰撞。

在这个实验中,通过考虑碰撞的两个滑翔机附近无摩擦的轨道上验证了动量守恒定律的法律。这个基本的法律也许是最重要的因为它能解决问题。如果有人知道初始动量,然后她知道最终的动量,反之亦然。

Tags

Conservation Of MomentumPhysicsClassical MechanicsMomentumMassVelocityExternal ForceNet ForceCollisionsExperimentNewton s Laws Of MotionCue BallPool Table

跳至...

0:03

Overview

1:00

Principles of Momentum Conversation

4:16

Measuring Momentum Before and After Collisions

6:40

Data Analysis and Results

8:23

Applications

9:25

Summary

此集合中的视频:

article

Now Playing

动量守恒

Physics I

43.5K Views

article

牛顿的运动定律

Physics I

76.8K Views

article

力和加速度

Physics I

79.6K Views

article

在多个方向向量

Physics I

182.7K Views

article

运动学和抛体运动

Physics I

73.1K Views

article

牛顿的万有引力定律

Physics I

192.6K Views

article

摩擦

Physics I

53.1K Views

article

胡克的法律和简谐运动

Physics I

61.6K Views

article

平衡和自由体图

Physics I

37.6K Views

article

扭矩

Physics I

26.2K Views

article

转动惯量

Physics I

43.7K Views

article

角动量

Physics I

36.6K Views

article

能源和工作

Physics I

50.3K Views

article

Physics I

60.5K Views

article

Physics I

17.8K Views

JoVE Logo

政策

使用条款

隐私

科研

教育

关于 JoVE

版权所属 © 2025 MyJoVE 公司版权所有,本公司不涉及任何医疗业务和医疗服务。