文档介绍：机械能守恒定律和动量守恒定律
大家知道,物体在没有空气阻力和摩擦力的条件下运动时,动能和势能之和保持不变;动能只能转变为势能,势能只能转变为势能,在转变的过程中,物体总的机械能是守恒的,这就是机械能守恒定律。机械能守恒定律只是能的转变和守恒定律的一种特例。在一般情况下,运动物体在克服摩擦力和媒质阻力的做功过程中,机械能会减少,所减少的枫树等于所产生的其他形式的能(物体的内能)。实际上一切形式的以都可以互相转变,在转变过程中,各种形式的能的总和总是一个恒量。或者说:能量不能消灭也不能创生,它只能从一种形式转变为另一种形式,这就是大家所熟悉的能的转化和守恒定律。但是如何正确地应用它来解决有关问题,常常有的同学就感到困难。特别是解决有关碰撞问题时,常常有同学把机械能守恒定律和动量守恒定律等同起来,错误地认为在碰撞过程中,动能也是守恒的。例如,对于如下一个问题:“一个质量的小球,速度;当它跟一个质量为的大球碰撞后,以的速度反跳回来。求小球所做的功和大民得到的动能。”有的同学是这样考虑和计算的:
在碰撞以前,小球的动能
在碰撞以后,小球的动能:
在碰撞中过程中小球减少的动能是:
所以大球得到的动能也是150J,这在数值上就等于小小球对大球所做的功。
大球得到的动能是否等于小球所减少的动能150J呢?我们不妨根据动量守恒定律来算一算碰撞后大球获得的速度是多少:
在碰撞前,小球的速度,大球的速度;
在碰撞后,小球的速度,大球的速度设为。
根据动量守恒定律:
大球得到的动能是
跟上面根据“动能守恒”的方法求得的结果恰恰相差100J,这100J的动能到底到哪里去了呢?
显然在碰撞过程中,由于两个球不可能是完全的弹性体,所以一定有一部分动能消耗在使它产生永久形变而转变为物体的内能。在本题条件下,小球对大球作功的过程(碰撞过程)中,小球所消耗的动能是150J,所以小球所做的功在数值上也等于150J们是不这150J的动能只有50J传递给大球,另外100J中转变为内能而球发热了。
M
h
图一
因此,当应用机械能守恒定律来解决问题时,应该注意:如果物体因碰到阻力而必须消耗一部分机械能来克服阻力作功时,那就不能应用机械能守恒定律。譬如,两个互相碰撞的物体,只能应用动量守恒定律不解决碰撞前后的速度问题,因为碰撞前后的动量是守恒的;但在碰撞前后的机械能是不一定守恒(一般来说,都不守恒),因为在碰撞过程中必然有一部分机械能转变为内能而使物体发热(除了理想的弹性碰撞外,一般都会出现发热现象)。下面我们再通过一个测定子弹的速度的冲击摆的例子来说明如何正确应用动量守恒定律和机械能守恒定律来分析问题和解决问题:
如图二所示,用两条绳子悬挂一只质量为M的沙箱,一颗质量为m的子弹向往身射入沙箱后,不再出来,结果它们以共同的速度运动而使沙箱的位置升高了h。求子弹的速度。
对于这一问题,常常有的同学这样分析和计算:
设子弹的的速度为V,则子弹具有的动能;子弹进入沙箱后,子弹和沙箱一起升高了h,这时它们所增加的重力势能,根据机械能守恒定律:
显然,这里以没有考虑到子弹身入沙箱的过程中必须克服沙箱对它的阻力而作功,因而必须消耗掉一部分动能所以机械能是不守恒的。
正确的解法是:先求出子弹身射入沙箱后两者的共同速度。在沙箱偏转过程中,机械能可以认为是守恒的(空气阻