动量定理的内容可表述为:物体所受合外力的冲量,等于物体动量的变化。公式表达为:
1、用动量定理解决碰击问题
在碰撞、打击过程中的相互作用力,一般是变力,用牛顿运动定律很难解决,用动量定理分析则方便得多,这时求出的力应理解为作用时间t内的平均力
例1、蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。一个质量为60kg的运动员,从离水平网面3.2m高处自由落下,着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面1.8m高处。已知运动员与网接触的时间为1.4s。试求网对运动员的平均冲击力。(取
解析:将运动员看成质量为m的质点,从高
弹跳后到达的高度为
接触过程中运动员受到向下的重力
由以上三式解得:
代入数值得:
2、动量定理的应用可扩展到全过程
当几个力不同时作用时,合冲量可理解为各个外力冲量的矢量和。对物体运动的全过程应用动量定理可“一网打尽”,干净利索。
例2、用全过程法再解析例1
运动员自由下落的时间
被网弹回做竖直上抛,上升的时间
与网接触时间为
则
3、用动量定理解决曲线问题
动量定理的应用范围非常广泛,不论力是否恒定,运动轨迹是直线还是曲线,
例3、以初速
解析:此题若求出初、未动量,再求动量的变化
4、用动量定理解决连续流体的作用问题
在日常生活和生产中,常涉及流体的连续相互作用问题,用常规的分析方法很难奏效。若构建柱体微元模型应用动量定理分析求解。
例4、有一宇宙飞船以
解析:选在时间△t内与飞船碰撞的微陨石为研究对象,其质量应等于底面积为S,高为
则
根据牛顿第三定律可知,微陨石对飞船的撞击力大小也等于20N。
因此,飞船要保持原速度匀速飞行,助推器增大的推力应为20N。
5、动量定理的应用可扩展到物体系统
动量定理的研究对象可以是单个物体,也可以是物体系统。
例5、质量为M的金属块和质量为m的木块用细绳连在一起,放在水中,如图所示。从静止开始以加速度a在水中匀加速下沉。经时间
解析:把金属块、木块及细绳看成一个物体系统,整个过程中受重力
则
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