皮球碰撞时接触面太大,这么碰撞时就有太多接触点,于是就会有非常多大小不一的力F;接触面积太大,也会让求内力移动的距离S变得遥不可及。
假如想让这个损失的动能F·S能够测算,最好内力F是单一的,而且是可算的。这个碰撞的接触点也不能太多,最好就是一个点。假如碰撞时另一个小球能够变得很小很小,小到跟子弹那么能够近似看成一个点,那子弹打入的深度(即距离S)就好算了,力也相对好求。
咦,那我为何不干脆就用子弹来出题呢?
于是,出题人就想到借助子弹代替其中的一个小球。至于另一个小球嘛,用子弹打钢球,打不动;用子弹打皮球,会打爆不好控制。于是,出题人想到了一个绝佳的替换物:木块。
子弹打在木块上,木块不会飞,也不会毫发无伤。子弹刚好能够打进木块肯定的深度(那这个距离S就搞定了),子弹在木块里受到的力,你说巧不巧,还真有可能是恒力F。
于是,这样一改,力F和距离S就都变得能够测算了,子弹和木块“碰撞”时损失的动能也能够算了(就是子弹打进木块时,子弹和木块的内力和打进深度的乘积)。
那样,左手动量守恒方程,右手能量守恒方程(碰撞前的动能=碰撞后的动能+损失的部分F·S),两个方程两个未知量(碰撞后的速度),剩下就是解方程,纯数学问题了。
于是,大名鼎鼎的“子弹打木块”模型就出来了。
你们看,为了能让你们用高中知识解一道题,出题人也是煞费苦心啊~
35 出题与刷题
假如你能明白为何“小球碰撞”模型不够用,出题人被迫拉出“子弹打木块”模型来救场,你一定就能非常明白动量守恒、能量守恒在碰撞过程中的作用。理解了那些,你是不是甚至有点想自己出点题试试了呢?
假如你能理解那些,甚至想自己出出题试试,那基本上就能够告别题海了。
刷题的目的是什么?就是让你通过反复的练习,领悟它们背后的这类关系。假如你早已居高临下地理清了它们之间的逻辑关系,那就只要稍微做点题熟悉一下就完了。
题目是做不完的,题目的变动也是无穷无尽的。可是,所有题目背后的物理规律都是一样的,牛顿力学看待世界的眼光,处理物体运动的方法都是一样的。
我们学习物理,学习牛顿力学,就是要学习它们看待世界,处理运动问题的方法,而不是要陷入无穷无尽的题海中去。
你一旦把这体系理清楚了,把那些物理图像都想清楚了,再看到具体题目时,都会有一种“一览众山小”的感觉,认为题目变来变去也跳不出你的手掌心。
好,关于动量的事情就讲到这里。
只要各位能从原理上搞清楚动量是怎么回事,知道动量守恒须要什么条件,知道我们那些过程都是怎样推导过来的,脑海里有清晰的物理图像就行了。
当然,尽管我们这里好像是从牛顿第三定律出发“推出”了动量守恒,但这并不是说动量守恒定律就是牛顿第三定律的一个推论。
我这个给你“推导”一下,主要是想让你从力的角度对动量守恒有个清晰的图像。
其实,动量、能量远比力用得更广泛,它们在所有物理学里都是非常核心而基础的概念。而力的概念,在牛顿力学之外基本上就没怎么使用了。
动量守恒和能量守恒也是在所有物理学里都存在的,决定那些守恒律更深层的原由是时空的对称性(能量守恒对应时间平移不变性,动量守恒对应空间平移不变性)。
假如把动量和能量都搞清楚了,把动量守恒和能量守恒的条件和过程也都弄清楚了,那你就掌握了另一种看待物理世界的方法,一种不同于从力的角度看问题的方法。
放心,高中物理不会再有第三种视角了~
36 两种视角
那样,在分析具体的问题时, 我们是从能量-动量的角度分析,还是从力的角度去分析呢?
一开始的时候,建议各位两种都试试,正所谓“小孩子才做挑选,大人我全都要”
比如,还是那个自由下落的苹果。