A-level 物理/力、場和能量/進階動力學

從去年開始，你應該記得運動學和動力學，這是物理學中與物體運動相關的分支。現在我們將擴充套件這部分內容，看看兩個物體碰撞時會發生什麼，動量的概念，以及更深入地研究牛頓三大運動定律。

動量

如果你見過兩個物體的碰撞，你可能已經注意到一個物體的速度似乎傳遞給了另一個物體。你可能還注意到，更重的物體似乎將更多的速度傳遞給更小的物體，而更小的物體似乎將更少的速度傳遞給更大的物體。

事實上，發生的是動量守恆。動量是物體質量和速度的乘積，或者 $p=mv$。這意味著，在碰撞之後，一個更重的物體將比一個較輕的物體具有更低的速度，反之亦然。動量對於所有碰撞都是守恆的。動量守恆原理指出

在一個封閉的系統中，任何指定方向上的總動量保持恆定。

動量是一個向量，單位為 $kg\,m\,s^{-1}$ 或者 $Ns$（牛頓秒）在 SI 系統中。

碰撞

由於動量守恆，碰撞前的動量等於碰撞後的動量。你可以利用這個事實來解決涉及碰撞的問題。

${\begin{alignedat}{2}Before&=After\\m_{1}u_{1}+m_{2}u_{2}&=m_{1}v_{1}+m_{2}v_{2}\\\end{alignedat}}$

例如，一個質量為 3 公斤的球以 3 米/秒的速度運動。它撞擊另一個質量為 1 公斤的球，該球以 2 米/秒的速度運動；兩個球發生碰撞，第二個球以 4 米/秒的速度反彈。求球 1 運動的速度。

${\begin{alignedat}{2}Before&=After\\m_{1}u_{1}+m_{2}u_{2}&=m_{1}v_{1}+m_{2}v_{2}\\3\times 3+2\times 1&=3v+1\times 4\\11&=3v+4\\11-4&=3v\\7&=3v\\v&={\frac {7}{3}}\\\end{alignedat}}$

所以球 1 在碰撞後運動的速度是 2.3 米/秒（7/3）米/秒 1

牛頓運動定律

牛頓第一運動定律

物體保持靜止或以恆定速度繼續運動，除非有合力作用於它。

牛頓第二運動定律

最初，你學到的應該是

對於一個質量不變的物體，它的加速度與產生加速度的力成正比，並且與力的方向一致。

然而，既然你已經知道力會改變物體的動量變化率，我們可以使用一個更準確的牛頓第二定律解釋

物體的動量變化率與作用在物體上的合力成正比，並且發生在合力的方向上。

牛頓第三運動定律

如果物體 A 對物體 B 施加了一個力，那麼物體 B 將會對物體 A 施加一個大小相等、方向相反的同類型力。