分析不同慣性系中的動量和動能

和瑤璇

摘 要 文章主要針對不同慣性系中動量和動能進行研究分析，首先針對不同慣性系中力學規律進行研究，其次列舉詳細的案例深入探索，主要目的在于更全面的掌握不同慣性系中的動量與動能知識。

關鍵詞 不同慣性系；動量；動能

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2018）02-0146-01

對于不同慣性系中的動量和動能研究，首要掌握慣性參照系。所謂慣性參照系，主要以牛頓運動定律為參考系，同時將其稱之為慣性坐標系，并且簡稱為慣性系。將慣性系以S為代表，則所有以S為參照的直線運動以及參考系都屬于慣性系，當然與之相反或者不同的便是非慣性系，也可以成為不同慣性系。對于S來講，加速運動為參考系屬于非慣性系參考。還需要指導慣性系中的等效都屬于等價。掌握這些，針對不同慣性系動量以及動能進行分析。

一、不同慣性系中定量與動能

不同慣性參考系的動能變化值（或做功大小）為何不同，需要從以下角度分析，動能定理和動量定理包含在內。1N的作用力F下運動了1s，力和時間都是不隨參考系選取而變，因此沖量不變，動量的改變也不變。但由于選取的參考系之間相對速度不為零，物體運動的初速度也不一樣，動量的改變不變，于是動能的改變量就不一樣。 至于“若這樣我們豈不是可以在一個勻速運動的（假設存在）的參照系中活得更輕松（因為做的功更少）？”的問題是不存在的，因為慣性系之間的相對速度是單向的，也就是有些方向可以“做的功更少”，但有些方向可以“做的功更多”。對于這方面的觀點，試著將力反向，記錄實驗結果，對比研究結果。

二、不同慣性系的動量和動能進行具體的實際分析

力學對于高中物理來講屬于重要部分，力學屬于一門非常獨立并且特殊的知識，其關于力、運動以及介質等很多方面，形態上可以為固體、液體或者等離子體等。可以宏觀觀察、微觀觀察或者細觀觀察。對力學研究主要從機械運動、將物理與化學相結合。

如果物體自身受到外合力為0，那么物體本身的運動狀態會一直保持不變，這種狀態下物體保持靜止或者屬于勻速直線運動。相反，如果物體一直處于勻速運動狀態或者一直處于靜止狀態，那么受到外合力就一定為零。物體運動速度的方向如果與外合力方向處于共線狀態，那么物體運動屬于直線。如果物體的速度方向出現變化，與外合力本身的方向屬于同一個，這種狀態下物體運動類型為加速直線運動。如果物體的速度方向與之相反，物體其主要做減速運動。

不同慣性系中動能與動量實際分析，需要以參照系為基礎，慣性參照系、費慣性參照系、絕對慣性參照系。選取不同的慣性參照系，對力進行研究。力必須具有一定的施力物體，當然其本身也屬于受力物體。比如人們坐火車期間，以火車為基本參照系，那么就會發現火車的物體會隨著火車的移動加速運動，仿佛其中隱藏著力。對于這個力，屬性為什么，實施力的物體為什么都需要深入研究。但是換一個角度，以地面為參照系，就會發現車加速運動期間，物體是隨著車相對運動而運動，物體本身是保持相對靜止狀態。如果沒有受到力的作用，就不能發現施力物體，改變參照系，結果也會大不相同。

亦或是以質點的位置矢量以及速度等方面研究分析。比如一輛火車勻速前進，火車上有人用力F推動一個質量為m的木箱，相對火車為參照系，發生了位移變化s。如果其中W=F·S，如果以地面為參照系，木箱其屬于S+vt，v表示火車的速度，t表示箱子移動s期間花費的時間，因此得出W`=F·（S+vt）。從公式中能夠發現，功計算與選擇的參照系相關。具體的實際分析通過以下例題詳細展示。

如圖1所示，一木塊在光滑水平面上受到一恒力作用而運動，前方固定有一勁度系數足夠大的水平彈簧，當木塊接觸彈簧后，將發生怎樣的變化（ ）。

A.立即作減速運動

B.立即作勻減速運動

C.在一段時間內速度繼續增大

D.當彈簧處于最大壓縮量時，物體速度為零、加速度也為零

對于這道題中包含的力學知識，可以發現，木塊接觸到彈簧之后，彈簧壓縮量不是很大，同時物體受到的合外力方向與物塊速度方向仍然相同，所以從一開始，一段時間之內仍然處于加速狀態，但是隨著彈力的不斷增大，彈簧彈力大于力期間，物塊的速度方向與受到的合外力方向相反，物塊開始作減速運動，最后速度為零期間，物塊因為其作用力不為零，所以最終的方向為左，根據以上解釋，可以知道最終答案為C。

例2，如圖2所示，質量為m的物體恰巧能夠在傾角為α的勻速下滑，如在物體上施加一個力F，使物體沿斜面勻速上滑，得力F取最小值，這個力與斜面的傾斜角θ為多大？這個力是多少？如果要求力把物體從斜面的底端拉到最高點做功最少，求拉力的方向和所做的最小的功。

對于該題的解析，需要從物體斜面的上端恰好能夠勻速下滑，這樣根據平衡條件可以得知，

mg sinα=μmg cos α

Μ=tg α

在F的作用下，物體會向下傾斜，斜面運動期間，F沿斜面分量及物體與斜面間的滑動摩擦力均與θ角的大小有關，在F拉物體斜面勻速上升期間，結合物體的平衡條件能夠得知：

F cosθ-mg sinα-f=0

F sinθ+N-mg cosα=0

根據已知條件的提示，逐步對其進行計算，從中獲得最終的答案。

綜上所述，結合案例以及知識點，不同慣性系條件下，動量、動能計算方式不同，其改變隨著參考系的不同而不同。掌握這方面知識，為力學研究奠定基礎。

參考文獻：

[1]葉榮，楊果仁，吳顯云.動量守恒定律與機械能守恒定律的復合分析[J].內江師范學院學報，2017，32（04）：50-52.

[2]馮喜忠.不同參考系中的功和動能定理[J].商丘師范學院學報，2005，（05）：173-175.