动量守恒定律参考资料

动量守恒定律的发现动量守恒定律是最早发现的一条守恒定律，它起源于16一17世纪西欧的哲学家们对宇宙运动的哲学思考.观察周围运动着的物体，我们看到它们中的大多数，例如跳动的皮球、飞行的子弹、走动的时钟、运转的机器，都会停下来.看来宇宙间运动的总量似乎在减少.整个宇宙是不是也像一架机器那样，总有一天会停下来呢?但是，千百年来对天体运动的观测，并没有发现宇宙运动有减少的迹象，生活在16、17世纪的许多哲学家认为，宇宙间运动的总量是不会减少的，只要能找到一个合适的物理量来量度运动，就会看到运动的总量是守恒的。这个合适的物理量到底是什么呢?法国哲学家兼数学家、物理学家笛卡儿提出，质量和速率的乘积是一个合适的物理量。可是后来，荷兰数学家、物理学家惠更斯(1629一1695)在研究碰撞问题时发现:按照笛卡儿的定义，两个物体运动的总量在碰撞前后不一定守恒。牛顿在总结这些人工作的基础上，把笛卡儿的定义作了重要的修改，即不用质量和速率的乘积，而用质量和速度的乘积，这样就找到了量度运动的合适的物理量，牛顿把它叫做"运动量"，就是我们现在说的动量。1687年，牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中指出:某一方向的运动的总和减去相反方向的运动的总和所得的运动量，不因物体间的相互作用而发生变化;还指出了两个或两个以上相互作用的物体的共同重心的运动状态，也不因这些物体间的相互作用而改变，总是保持静止或做匀速直线运动。动量守恒定律的适用范围比牛顿运动定律更广近代的科学实验和理论分析都表明:在自然界中，大到天体间的相互作用，小到如质子、中子等基本粒子间的相互作用，都遵守动量守恒定律.因此，它是自然界中最重要、最普遍的客观规律之一，比牛顿运动定律的适用范围更广.下面举一个牛顿运动定律不适用而动量守恒定律适用的例子.在我们考察光的发射和吸收时，会看到这样一种现象:在宇宙空间中某个地方有时会突然发出非常明亮的光，这就是超新星.可是它很快就逐渐暗淡下来.光从这样一颗超新星出发到达地球需要几百万年，而相比之下超新星从发光到熄灭的时间就显得太短了.当光从超新星到达地球时，它给地球一个轻微的推动，而与此同时地球却无法给超新星一个轻微的推动，因为它已经消失了.因此，如果我们想像一下地球与超新星之间的相互作用，在同一瞬间就不是大小相等、方向相反了.这时，牛顿第三定律显然已不适用了.虽然如此，动量守恒定律还是正确的.不过，我们必须把光也考虑在内.当超新星发射光时，星体反冲，得到动量，同时光也带走了大小相等而方向相反的动量.等经过几百万年之后光到达地球时，光把它的动量传给了地球.这里要注意的是:动量不仅可以为实物所携带，而且可以随着光辐射一起传播.当我们考虑到上述这点时，动量守恒定律还是正确的.相对论的动量在牛顿力学里，动量定义为mv,质量m是个不变的量。根据牛顿第二定律，一个恒定的力，持续作用于一个物体，可以使该物体有任意大的高速度.但是在现实中，真空中的光速是极限速度，并且在任何条件下物体的速度都不可能超过真空中的光速.因此，在高速运动时，认为质量(以及动量)与速度无关的说法是不正确的.相对论告诉我们，在高速运动时质量不再是一个不变的量，而是随着运动的速度接近光的速度c而增大.如果用m°表示静止物体的质量，则以速度v运动的物体的质量m可以用下式表示:m=mv相对论的动量仍定义为：P—mv—0卜7C2在采用这样定义的情况下，牛顿本人所用的第二定律的表达式dpdmvF==1o•dt■v2dtj——C2在接近光速的情况下也同样适用了•因为随着运动速度的增大，决定物体惯性大小的质量也增大.当vc时，mX，所以加速度趋于零，不论力作用多长时间，速度也不会超过光速.E对于静止质量m0=o,而速度为c的光子来说，它的动量p=可以这样推得：0Cv2因为E=mc2，所以E2=m2c4=m2c4-m2v2c2+m2v2c2=m2c4(l-)+p2c2=m2c4+p2c2C20在v=c、m0=0时，E2=p2c2，E所以p—•C摘自教师教学用书）