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当一颗棒球和一颗乒乓球以几乎相同的速度向你飞来时,你知道接住它们的感觉完全不同。接棒球会痛,而乒乓球则轻飘飘的。但你有没有想过,为什么会这样呢?
让我们从一个有趣的问题开始:为什么质量大的物体撞击会更痛?答案是动量。但动量又是什么呢?让我们一步步揭开它的神秘面纱。
牛顿第二定律告诉我们,物体的加速度等于作用在它上的净力除以它的质量。如果我们对这个公式稍作变形,可以得到净力等于质量乘以加速度。而加速度是速度变化的速率,所以我们可以将加速度替换为质量乘以速度变化除以时间变化,进而得到净力等于动量变化除以时间变化。
于是,我们得到了一个新 quantity —— 动量(Momentum),用字母 P 表示,它是质量和速度的乘积。
动量是一个矢量 quantity,它有大小和方向。它的单位是千克·米/秒。动量与质量直接相关,也与速度直接相关。但重要的是,动量是由质量和速度的乘积决定的。
回到我们的例子,如果棒球和乒乓球以相同的速度飞行,那么哪个的动量更大呢?显然是棒球,因为它的质量更大。这就是为什么接棒球会痛的原因。即使一个物体的质量很大,但如果它不动,它的动量为零。例如,一个静止的火车即使质量巨大,但它的动量为零。
动量的概念让我们可以从一个新的角度理解牛顿第二定律:净力等于动量变化的速率。这意味着如果一个物体的动量变化得很快,那么作用在它上的净力就很大。反之,如果动量变化得很慢,那么净力就很小。
当我们接球时,为什么我们会本能地缩手呢?这是因为缩手可以增加球停止的时间,从而增加动量变化的时间。这样,我们就可以减少动量变化的速率,从而减少作用在我们手上的力,减轻疼痛。
通过探索动量的概念,我们不仅解答了为什么接球会痛的问题,还揭示了物理世界中的一个基本原理。在下一视频中,我们将进一步深入探讨这个原理。
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