AP物理1:脉冲和动量

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例子问题

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例子问题1:冲量和动量

在台球比赛中,一名球员将主球击向另一个球。主球质量为0.1kg,以速度撞击另一个球.如果碰撞是完全弹性的,并且主球以碰撞后,另一个球的质量和速度是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

由于碰撞是完全弹性的,我们知道动量和动能都是守恒的。我们可以写出如下方程(由于第二个球不运动,所以忽略初始动量和能量):

重新排列第一个方程第二个是

我们可以将第二个方程重写为:

把方程代入代入第二个方程:

重新排列,我们得到:

代入初始速度和最终速度:

为了求出质量,我们用之前的表达式

例子问题1:冲量和动量

两个相扑手正在比赛。比赛开始时,他们都向对方猛扑过去。他们撞在一起,奇迹般地停了下来。一名摔跤手重达200公斤,速度为在发生碰撞时。如果另一个摔跤手在他的质量是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

碰撞是弹性的还是非弹性的并不重要(尽管最好假设它是非弹性的)。动量在两种类型的碰撞中都是守恒的,并且是我们计算所需要的唯一值。由于它们处于静止状态,所以它们在碰撞时刻的动量相等且相反:

重新排列来求解

代入问题中的给定值并求解:

例子问题1:冲量和动量

一辆质量为400公斤的汽车正以时速向东行驶并与一辆向西行驶的800公斤重的汽车相撞.假设碰撞是完全非弹性的,碰撞后第一辆车的速度是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

由于碰撞是完全非弹性的,动量是守恒的,但能量不是。此外,两辆车相互粘在一起,作为一个整体行驶。动量守恒方程为:

有两个速度不同的初始质量和一个速度单一的最终质量。因此,我们可以写成:

重新排列最终速度,我们得到:

此时,我们可以指出哪个方向是正的,哪个方向是负的。既然向西行驶的汽车动力更大,我们就认为向西是正向的。将我们的值代入方程,我们得到:

因为这个值是正的,所以最终的答案是西方。

例子问题1:冲量和动量

一块大理石从床上摔下来,高度为.弹子落地时的冲量是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

Impulse可以被写成以下两种常用表达之一:

从问题陈述中,我们可以确定大理石撞击地面时的速度,允许我们使用后一个表达式。为了确定弹珠的速度,我们可以使用能量守恒方程:

假设最终高度为零,我们可以消去初始动能和最终势能。因此,我们可以写成:

消去质量,重新排列最终速度,我们得到:

我们知道这些变量,可以解出速度:

将这个值代入脉冲表达式,我们得到:

例5:冲量和动量

考虑以下系统:

Slope_2

如果物体的质量是,角度为,且石块与斜坡之间没有摩擦,那么石块走水平距离后的动量是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了计算物体的动量,我们首先需要知道物体的速度。这可以通过动量守恒方程得到:

假设最终高度为零,可以消去初始动能和最终势能,得到:

将表达式替换为每一项,我们得到:

消去质量,重新计算速度:

我们可以使用水平距离和斜坡角度来确定初始高度:

现在我们有了初始高度,我们可以解出最终速度:

最后,我们可以用动量方程来解决这个问题:

例子问题6:冲量和动量

两名宇航员在太空中直接向对方移动。宇航员A的质量是速度是宇航员B的质量是速度是.当宇航员相撞时,他们会互相抓住对方。两名宇航员在碰撞后继续相互抓住时的速度是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

动量总是守恒的。动量守恒方程:

右边只有一个速度,因为两个宇航员互相抓住,所以他们以相同的速度一起运动。解决。

例子问题1:冲量和动量

一个岩石在空中飞行的速度是当它撞到一个固定的豆袋上,称重.这两个物体的速度是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

动量方程为:

为了保持动量守恒,一个新的状态必须与之前的状态有相同的动量:

由于岩石和豆袋在碰撞后一起移动,.由于豆袋一开始是静止的,

代入已知值并求解。

例8:冲量和动量

150g的棒球以.如果棒球在接球手的手套中静止需要0.7秒,那么接球手受到的平均力是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了解决这个问题,我们需要考虑球动量的变化。为此,我们将使用下面的方程。

重新排列上面的方程来求解平均力。

问题9:冲量和动量

重达90公斤的乔笔直地跳了起来。为了做到这一点,他弯曲膝盖并产生一个向上的力,结果是一个恒定的向上的净力为100N。如果乔在离开地面前受到这个力0.9s,乔离开地面后的速度是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了解决这个问题,我们需要利用力和冲量之间的关系,它由下面的方程给出:

这个方程表示动量相对于时间的变化率等于引起动量变化的合力。因此:

注意Joe的初速度必须是在他开始施加向上的力使他向上加速之前,因此我们的方程简化为:

解出

例子问题10:冲量和动量

下面哪一项解释了为什么当我们双脚着地时,我们会本能地弯曲膝盖?提示:想想力、冲量和时间之间的关系。

可能的答案:

通过弯曲我们的膝盖,我们可以延长我们停下来的时间,这增加了冲击力

当我们弯曲膝盖时,我们延长了施加阻止我们的力的时间,所以我们的冲动更大

通过弯曲我们的膝盖,我们可以延长我们停下来的时间,这减少了冲击力

当我们弯曲膝盖时,我们延长了施加力的时间,所以我们的冲量变小了

通过弯曲我们的膝盖,我们用了更大的力来停止,这使得冲力变小

正确答案:

通过弯曲我们的膝盖,我们可以延长我们停下来的时间,这减少了冲击力

解释

假设,当我们撞击地面时,我们有一个速度,这是由撞击前发生的事情所决定的。当我们撞击地面时,你会在一段时间内感受到一个力。这个力会产生加速度,使我们的速度降为0,让我们停下来。请注意,不管我们停下来需要多长时间,动量(脉冲)的变化是固定的,因为它直接取决于速度的变化量:

(因为我们停下来了)

请注意,初始动量不取决于冲击力,也不取决于停止所需的时间。初始动量取决于我们第一次撞击地面时的速度。这个速度是由我们撞击地面之前发生的任何事情给出的,这不再与我们有关,因为我们只关心从我们第一次撞击地面到我们停止的那一刻发生了什么。是的,你停下来的时间非常短,但它不可能是零。所以我们知道动量(冲量)的变化是常数:

,因为是预先确定的。

记住,对于给定质量,动量的任何变化都是因为速度的变化。质量的速度由于加速度而变化,加速度是由力引起的。这就给出了力和冲量之间的关系:

在我们的情况下,会是阻止我们的冲击力吗我们停下来的时间。从上面的方程,很容易看出,因为是固定的变大变小,反之亦然。因此,我们弯曲膝盖可以有效地增加我们停下来的时间。因此,减小冲击力,以免伤到自己。

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