A-level 物理/力、场和能量/进阶动力学

从去年开始，你应该记得运动学和动力学，这是物理学中与物体运动相关的分支。现在我们将扩展这部分内容，看看两个物体碰撞时会发生什么，动量的概念，以及更深入地研究牛顿三大运动定律。

动量

如果你见过两个物体的碰撞，你可能已经注意到一个物体的速度似乎传递给了另一个物体。你可能还注意到，更重的物体似乎将更多的速度传递给更小的物体，而更小的物体似乎将更少的速度传递给更大的物体。

事实上，发生的是动量守恒。动量是物体质量和速度的乘积，或者 $p=mv$。这意味着，在碰撞之后，一个更重的物体将比一个较轻的物体具有更低的速度，反之亦然。动量对于所有碰撞都是守恒的。动量守恒原理指出

在一个封闭的系统中，任何指定方向上的总动量保持恒定。

动量是一个矢量，单位为 $kg\,m\,s^{-1}$ 或者 $Ns$（牛顿秒）在 SI 系统中。

碰撞

由于动量守恒，碰撞前的动量等于碰撞后的动量。你可以利用这个事实来解决涉及碰撞的问题。

${\begin{alignedat}{2}Before&=After\\m_{1}u_{1}+m_{2}u_{2}&=m_{1}v_{1}+m_{2}v_{2}\\\end{alignedat}}$

例如，一个质量为 3 公斤的球以 3 米/秒的速度运动。它撞击另一个质量为 1 公斤的球，该球以 2 米/秒的速度运动；两个球发生碰撞，第二个球以 4 米/秒的速度反弹。求球 1 运动的速度。

${\begin{alignedat}{2}Before&=After\\m_{1}u_{1}+m_{2}u_{2}&=m_{1}v_{1}+m_{2}v_{2}\\3\times 3+2\times 1&=3v+1\times 4\\11&=3v+4\\11-4&=3v\\7&=3v\\v&={\frac {7}{3}}\\\end{alignedat}}$

所以球 1 在碰撞后运动的速度是 2.3 米/秒（7/3）米/秒 1

牛顿运动定律

牛顿第一运动定律

物体保持静止或以恒定速度继续运动，除非有合力作用于它。

牛顿第二运动定律

最初，你学到的应该是

对于一个质量不变的物体，它的加速度与产生加速度的力成正比，并且与力的方向一致。

然而，既然你已经知道力会改变物体的动量变化率，我们可以使用一个更准确的牛顿第二定律解释

物体的动量变化率与作用在物体上的合力成正比，并且发生在合力的方向上。

牛顿第三运动定律

如果物体 A 对物体 B 施加了一个力，那么物体 B 将会对物体 A 施加一个大小相等、方向相反的同类型力。