什么是动量守恒定律-定义 - ob欧宝登录入口

一般来说，动量守恒定律或动量守恒原理表明孤立系统的动量是常数。欧宝体育客户端材料特性

动量守恒定律

在一般情况下,动量守恒定律或者说动量守恒的原理是孤立系统的动量是常数．一个系统中所有物体的动量(动量等于物体的质量乘以它的速度)的矢量和不能因系统内部的相互作用而改变。在经典力学中，这一定律由牛顿定律．这个原理是牛顿第三定律的直接结果。

让我们假设一维弹性碰撞我们假设作用在两个球的系统上的净外力为零，也就是说，在碰撞过程中唯一有效的力是每个球对另一个球的作用力。根据牛顿第三定律这两个力的大小相等，方向相反。因此，作用在两个球上的脉冲相等相反，两个球的动量变化相等相反。

这两个球以速度运动v_一个而且v_B在碰撞前沿着x轴。碰撞后，它们的速度是v '_一个而且v '_B．的总动量守恒要求碰撞前的总动量和碰撞后的总动量相等。

线性动量守恒定律单词:

如果没有外力作用在粒子系统上，系统的总线性动量就不会改变。

碰撞中的动量和能量守恒

的使用动量和能量的守恒定律也很重要在粒子碰撞．这是一个非常强大的规则，因为它可以让我们在不知道碰撞细节的情况下确定碰撞的结果。的律法动量守恒说明在两个物体如台球的碰撞中总动量是守恒的．动量守恒和动能守恒的假设使计算的可能性最后的速度在双体碰撞。在这一点上，我们必须区分两种类型的碰撞:

弹性碰撞

一个完全弹性碰撞被定义为其中有没有动能的净转换变成其他形式(如热或噪音)。在两个物体接触的短暂时刻，部分(或全部)能量会暂时以能量的形式储存起来弹性势能．但是如果我们比较碰撞前的总动能和碰撞后的总动能，如果它们相等，那么我们说总动能守恒．

= "碰撞"][xyz-ihs片段

一些大规模的相互作用，比如弹弓式引力相互作用(也被称为行星摆动或重力辅助操纵)在卫星和行星之间完全弹性．
之间的碰撞非常困难的领域可能是近有弹性，因此计算弹性碰撞的极限情况是很有用的。
碰撞在理想气体接近完美的弹性碰撞，因为亚原子粒子的散射相互作用是偏转的电磁力。
卢瑟福散射带电粒子的弹性散射也受电磁力的影响。
一个neutron-nucleus散射反应也可能是有弹性的，但在这种情况下，中子会被强核力偏转。

动量和能量守恒方程

让我们假设一维弹性碰撞两个物体，物体A和物体b，这两个物体以速度运动v_一个而且v_B在碰撞前沿着x轴。碰撞后，它们的速度是v '_一个而且v '_B．的总动量守恒要求碰撞前的总动量和碰撞后的总动量相等。同样,总动能守恒，要求碰撞前两个物体的总动能与碰撞后的总动能相等。这两个定律可以用方程表示为:

两个物体的相对速度碰撞后同样的大小(但方向相反)和碰撞前一样，无论大众是什么．

非弹性碰撞

一个非弹性碰撞是在哪个部分动能改变了到碰撞中其他形式的能量。物体之间的任何宏观碰撞都会将一些动能转化为内部能量还有其他形式的能量，所以没有任何大规模的撞击是完全弹性的．例如，在普通物体的碰撞中，例如两辆汽车，总有一些能量从动能到其他形式的能量，比如热能或声音的能量．两个物体的非弹性碰撞总是涉及系统动能的损失。最大的损失发生在物体粘在一起的情况下，这种碰撞被称为完全非弹性碰撞．因此,动能系统的是不保存,而总能量是守恒的根据能量守恒的一般原理。动量在非弹性碰撞中是守恒的，但我们无法通过碰撞跟踪动能，因为其中一些动能转化为其他形式的能量。

在核物理在非弹性碰撞中，入射的粒子使它撞击的原子核被激发或破裂。深度非弹性散射是一种探测亚原子粒子结构的方法，与卢瑟福探测原子内部的方法大致相同(参见卢瑟福散射)。

在核反应堆，非弹性碰撞是重要的中子适度的过程。一个非弹性散射尤其在减慢中子速度方面起着重要作用在高能量和重核的作用下．非弹性散射发生在上面一个阈值能量．该阈值能量高于目标核第一激发态能量(由于守恒定律)，由下式给出:

E_t= ((+ 1) / A) *ε₁

在哪里E_t被称为非弹性能量阈值而且ε₁是第一激发态的能量。因此，尤其是散射数据²³⁸U的主要组成部分核燃料在商用动力反应堆中，是中子输运计算中最重要的数据之一反应堆堆芯．

例如:弹道摆

弹道摆是用来测量弹丸速度的装置吗子弹．弹道摆是一种“变压器”，将轻物体(子弹)的高速转换为大物体(方块)的低速。当子弹射入木块时，它的动量被转移到木块上。子弹的动量可以通过钟摆摆动的振幅．

当子弹嵌入方块时，它发生得非常快，以至于方块没有明显的移动。支撑绳几乎保持垂直，因此可以忽略水平外力作用于弹块系统，而弹块系统则处于垂直状态水平的组成部分动量是守恒的．机械能不守恒然而，在这个阶段，因为a非保守的力量做功(子弹和方块之间的摩擦力)。

在第二阶段，子弹和方块一起移动。作用在这个系统上的力只有重力(保守力)和弦张力(不做功)。因此，当木块摆动时，机械能是守恒的．动量在这个阶段是不守恒的但是，因为存在一个净外力(当琴弦倾斜时，重力和琴弦张力不会抵消)。

控制弹道摆的方程

在第一阶段动量是守恒的因此:

在哪里v质量弹的初速度是多少米_P．v '物体和嵌入的弹丸的速度(都是质量吗?米_P+ m_B)就在碰撞之后，在它们还没有明显移动之前。

在第二阶段机械能是守恒的．当钟摆垂直悬挂时，取y = 0，当块嵌弹系统达到最大高度时，取y = h。系统向上摆动，在高度y处静止片刻，此时它的动能为零，势能为(m_P+ m_B) gh．因此，我们写出了能量守恒定律:

这是弹丸的初速度和最终结果。

当我们使用一些现实的数字时:

米_P= 5克
米_B= 2公斤
H = 3 cm
v = ?

然后我们有:

核反应中的守恒定律

一个核反应被认为是两个核粒子(两个核或一个核和一个核子)相互作用产生两个或两个以上核粒子或ˠ-射线(伽马射线)．因此,一个核反应必须导致至少一种核素转变为另一种。有时，如果一个原子核与另一个原子核或粒子相互作用而不改变任何核素的性质，这个过程被称为a核散射而不是核反应。

在分析核反应时，我们应用许多的守恒定律．核反应都受制于古典电荷，动量，角动量和能量的守恒定律(包括其他能量)。其他的守恒定律，没有被经典物理学预测到，是电荷，轻子数和重子数．有些法律在任何情况下都能遵守，有些则不然。我们已经接受了能量和动量守恒。在所有给出的例子中，我们假设质子数和中子数分别是守恒的。我们将找出这条规则不成立的情况和条件。当我们考虑非相对论性核反应时，它本质上是正确的。然而，当我们考虑相对论性的核能或那些涉及弱相互作用的核能时，我们将发现这些原理必须加以推广。

有些守恒原理来自理论考虑，有些只是经验关系。尽管如此，任何没有被守恒定律明确禁止的反应通常都会发生，只是速度可能比较慢。这种预期是基于量子力学的。除非初态和终态之间的势垒是无限高的，否则总有一个非零概率一个系统会在它们之间进行转换。

就本文的目的而言，只要指出支配这些反应的四个基本规律就足够了。

守恒的核子．反应前后的核子总数是一样的。
电荷守恒．反应前后所有粒子的电荷之和是一样的
动量守恒．反应前后相互作用粒子的总动量是相同的。
能量守恒．能量，包括静止质量能，在核反应中是守恒的。

核反应的类型

虽然可能的数量核反应是巨大的，核反应可以按类型分类。大多数核反应都伴有伽马辐射。一些例子:

弹性散射．当目标核和入射粒子之间没有能量转移时发生。

208Pb (n, n

非弹性散射．当能量转移时发生。在激发态核素中保存了动能的差值。

40Ca (α， α’)40mCa

捕捉反应．带电粒子和中性粒子都能被原子核俘获。这是伴随着的排放ˠ射线．中子俘获反应产生放射性核素(诱导放射性)。

238U (n，ˠ)239U

转移反应．一个粒子的吸收伴随一个或多个粒子的发射称为转移反应。

4He (α， p) 7Li

裂变反应．核裂变是原子核分裂成更小的部分(更轻的原子核)的核反应。裂变过程经常产生自由中子和光子(以伽马射线的形式)，并释放出大量的能量。

235 u3 n (n)裂变产物

核聚变反应．当两个或两个以上的原子核以非常高的速度碰撞并结合形成一种新型原子核时发生。的fusion reaction of deuterium and tritium is particularly interesting because of its potential of providing energy for the future.

3T (d, n) 4He

散裂反应．当一个原子核被一个具有足够能量和动量的粒子撞击时，它会撞出几个小碎片，或者把它撞成许多碎片。

核衰变（放射性衰变)．当不稳定原子因发射而失去能量时发生电离辐射．放射性衰变是单原子水平上的随机过程，根据量子理论，不可能预测某个特定原子何时会衰变。放射性衰变有多种类型:
- α放射性．阿尔法粒子由两个质子和两个中子结合在一起形成一个与氦核相同的粒子组成。由于它的质量非常大(超过β粒子质量的7000倍)和它所带的电荷，它使物质重电离，并且具有非常短的范围。

- β放射性．β粒子是由某些类型的放射性核(如钾-40)发射的高能、高速电子或正电子。粒子的穿透范围比粒子大，但仍然比伽马射线小得多。发射的粒子是电离辐射的一种形式，也被称为射线。粒子的产生称为衰变。

- γ放射性．伽马射线是频率很高的电磁辐射，因此是高能光子。它们是由原子核从高能态过渡到称为伽马衰变的较低能态时的衰变产生的。大多数核反应都伴有伽马辐射。

- 中子发射．中子发射是含有多余中子(特别是裂变产物)的原子核的一种放射性衰变，在这种衰变中，一个中子只是从原子核中喷射出来。这种辐射在核反应堆控制中起着关键作用，因为这些中子延迟中子．

核反应中的动量守恒-中子调节

参见:中子弹性散射

参见:中子非弹性散射

参见:中子版主

众所周知，裂变中子在任何环境中都是重要的连锁反应系统．所有中子由裂变所产生的生为快速中子有很高的动能。在这些中子能有效地引起额外的裂变之前，它们必须通过与反应堆慢化剂中的原子核碰撞来减慢速度。裂变的概率u - 235变得非常大在热能上缓慢的中子。这一事实意味着…的增加乘法因子(即需要较低的燃料浓缩来维持链式反应)。

裂变过程中释放的中子的平均能量为2兆电子伏在一个反应堆中平均经历一次数量的碰撞（弹性或非弹性)才能被吸收。在散射反应中，中子动能的一小部分转移到细胞核了吗．运用动量和能量守恒并将弹子球的碰撞类比为弹性散射，有可能推导出以下公式为目标的质量或主持人原子核(M)，入射能量中子(E_我)和散射中子能量(E_年代)．

其中A是原子质量数。如遇氢(A = 1)作为目标核，入射中子可以完全停止．但当中子的方向完全相反(即以180°散射)时，这种方法就会奏效。实际上，散射方向从0°到180°，转移的能量也从0%到最大值。因此，将散射中子的平均能量取散射角为0和180°的能量的平均值。

此外，工作是有用的数量与对数因此有人定义每次碰撞的对数能量递减(ξ)作为描述中子减速过程中能量转移的关键物质常数。ξ值不依赖于能量，只依赖于A，定义如下:对于重靶核，ξ可以用以下公式近似表示:从这些方程中很容易确定减慢中子速度所需的碰撞次数2 MeV到1 eV．

示例:确定碳中2 MeV中子热化所需的碰撞次数。

ξ_碳= 0.158

N (2伏→1 ev) = ln 2⋅10⁶/ξ= 14.5/0.158 =92

同位素的混合物:

例子:弹性核碰撞

一个中子(n)的质量1.01 u以…的速度行进的3.60 x 10⁴米/秒与一个碳(C)核(米_C= 12.00 u)最初处于静止状态弹性迎头相撞．

碰撞后中子和碳核的速度是多少?

解决方案:

这是一个弹性迎头相撞两个物体的不平等的质量．我们必须使用动量和动能守恒定律，并将它们应用到两个粒子的系统中。

我们可以解这个方程组，也可以用上一节导出的方程。这个方程表明，两个物体在碰撞后的相对速度与碰撞前的大小相同(但方向相反)，无论质量是多少。

v '的负号告诉我们中子散射回因为碳核要重得多。另一方面它的速度更小大于它的初速度。这个过程被称为中子适度它很大程度上取决于慢化剂核的质量。

光子的动量

一个光子即电磁辐射的量子,是一个基本粒子，是电磁力的力载体。现代光子的概念是由阿尔伯特·爱因斯坦解释光电效应在这篇论文中，他提出了光传播过程中离散能量包的存在。

1916年，爱因斯坦扩展了光量子(光子)的概念光的量子有线性动量．尽管光子无质量的，它有动量，动量与它的能量E、频率f和波长有关，通过:

因此，当光子与另一个物体相互作用时，能量和动量被转移，就好像光子和物质之间发生了经典意义上的碰撞。

例如:光子的动量和力

假设10¹⁹光子(令λ = 650 nm)每秒从100 W灯泡．假设所有的光子都聚焦在一张黑纸上并被吸收。假设光子的动量改变了从p = h/λ到零．

计算的动力计算一个光子的力所有这些光子都能作用在纸上。

解决方案:

我们使用单个光子的动量公式:

光子康普顿散射的动量

康普顿公式于1923年发表在《物理评论》上。康普顿解释说，x射线的移动是由光子的粒子状动量引起的。康普顿散射公式是x射线的波长偏移与散射角之间的数学关系。在康普顿散射的情况下光子的频率f与静止的电子相撞。在碰撞中，光子被电子反弹，放弃了它的一些初始能量(由普朗克公式E=hf给出)光子不能降低它的速度．由于动量守恒定律，光子必须降低其动量由:

所以光子动量的减少必须转化为降低频率(波长增加Δλ = λ ' - λ)．波长的偏移随散射角的增大而增大康普顿公式:

在哪里λ光子的初始波长是多少λ的是散射后的波长，h普朗克常数是6.626 x 10吗^-34年刘昌明,米_e为电子静止质量(0.511 MeV)c是光速吗Θ为散射角。波长变化最小值(λ的−λ)，因为光子发生在Θ = 0°(cos(Θ)=1)且至少为零时。波长的最大变化(λ的−λ)，因为光子发生在Θ = 180°(cos(Θ)=-1)时。在这种情况下，光子将尽可能多的动量转移给电子。波长的最大变化量可由康普顿公式得到:

量h / m_eC被称为康普顿波长等于2.43×10⁻¹²米．

流体动力学中的动量守恒

在一般情况下,动量守恒定律或者说动量守恒的原理是孤立系统的动量是常数．一个系统中所有物体的动量(动量等于物体的质量乘以它的速度)的矢量和不能因系统内部的相互作用而改变。在经典力学中，这一定律由牛顿定律．

在流体动力学，运动分析是用与固体力学相同的方法进行的-使用牛顿运动定律．可以看出，流动的流体在施加力。的升力在飞机上，通过机翼的空气产生的作用力。

软管喷出的水对它碰到的任何东西都有作用力。但这一点并不清楚多么大的流动流体啊我们应该使用，因此有必要使用另一种形式的方程。

牛顿第二定律可以写成:

物体的动量变化率等于作用在物体上的合力，并且发生在力的方向上。

我们假设流体两者都是稳定的而且不可压缩的．为了确定流体的动量变化率，我们将考虑流管(控制体积)就像我们为伯努利方程．在这个控制体积控制体积内流体动量的任何变化都是由于体积内流体受到外力的作用。

从图中可以看出控制体积法可以用来分析流体中的动量守恒定律。控制卷是虚构的表面附上一卷兴趣。控制体积可以是固定或移动的，也可以是刚性或可变形的。为了确定作用在控制体积表面上的所有力，我们必须求解这个控制体积中的守恒定律。

在控制体积中我们要考虑的第一个守恒方程是连续性方程（物质守恒定律)．最简单的形式为:

∑ṁ_在=∑ṁ_出

单位时间内进入的质量流量之和=单位时间内离开的质量流量之和

我们要考虑的第二个守恒方程在控制体积中是动量公式．

动量公式

最简单的形式是动量公式可由下式表示:

- - - - - -

选择控制卷

可以将控制体积选择为流体流经的任意体积。这个体积可以是静态的，移动的，甚至在流动过程中会变形。为了解决任何问题，我们必须解决本卷中的基本守恒定律。了解到控制表面的所有相对流速是非常重要的，因此在分析过程中准确定义控制体积的边界是非常重要的。

例子:作用在偏转板弯头上的力

一个弯头(比如说主管道)是用来使水流以……的速度偏转的17米/秒．管道直径等于700毫米．管道内的压力表压力约为16 MPa在290°C的温度下流体的密度是恒定的⍴~ 720 kg/m^3.(290°C)。肘部的角度是45°．

计算墙上的力(即计算矢量F_3.)．

假设:

流动是稳定的。
摩擦损失可以忽略不计。
肘部的重量可以忽略不计。
肘部水的重量可以忽略不计。

我们把肘部作为控制体积．控制音量如图所示。动量方程是一个矢量方程，所以它有三个分量。我们取如图所示的x和z坐标，根据这些坐标分别求解。

首先，让我们考虑坐标．线性动量方程守恒为:

其次，让我们考虑一下坐标．线性动量方程守恒为:

作用在偏转弯管壁上的最终力为:

例子:水射流撞击固定板

一个固定板(如水磨的叶片)用于使水流以…的速度偏转1米/秒角度是90°．它发生在大气压力下，质量流量等于Q = 1米^3./秒．

计算压力。
计算力。
计算总力。
计算合力。

解决方案

的压力为零，因为控制体积的入口和出口的压力都是常压。
由于控制体积小，我们可以忽略身体的力量因为地心引力。
F_x=ρ。q。(w_{1 x}- w_{2 x}) = 1000。1。(1 - 0) =1000牛
F_y＝0
F＝(1000 0)
的合力在平面上的大小与总力的方向相反F(忽略了摩擦力和重量)。

水射流在x方向上对平板施加1000牛的力。

引用:

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参见:

法律的保护

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