分析不同惯性系中的动量和动能

和瑶璇

摘 要 文章主要针对不同惯性系中动量和动能进行研究分析，首先针对不同惯性系中力学规律进行研究，其次列举详细的案例深入探索，主要目的在于更全面的掌握不同惯性系中的动量与动能知识。

关键词 不同惯性系；动量；动能

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2018）02-0146-01

对于不同惯性系中的动量和动能研究，首要掌握惯性参照系。所谓惯性参照系，主要以牛顿运动定律为参考系，同时将其称之为惯性坐标系，并且简称为惯性系。将惯性系以S为代表，则所有以S为参照的直线运动以及参考系都属于惯性系，当然与之相反或者不同的便是非惯性系，也可以成为不同惯性系。对于S来讲，加速运动为参考系属于非惯性系参考。还需要指导惯性系中的等效都属于等价。掌握这些，针对不同惯性系动量以及动能进行分析。

一、不同惯性系中定量与动能

不同惯性参考系的动能变化值（或做功大小）为何不同，需要从以下角度分析，动能定理和动量定理包含在内。1N的作用力F下运动了1s，力和时间都是不随参考系选取而变，因此冲量不变，动量的改变也不变。但由于选取的参考系之间相对速度不为零，物体运动的初速度也不一样，动量的改变不变，于是动能的改变量就不一样。 至于“若这样我们岂不是可以在一个匀速运动的（假设存在）的参照系中活得更轻松（因为做的功更少）？”的问题是不存在的，因为惯性系之间的相对速度是单向的，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”。对于这方面的观点，试着将力反向，记录实验结果，对比研究结果。

二、不同慣性系的动量和动能进行具体的实际分析

力学对于高中物理来讲属于重要部分，力学属于一门非常独立并且特殊的知识，其关于力、运动以及介质等很多方面，形态上可以为固体、液体或者等离子体等。可以宏观观察、微观观察或者细观观察。对力学研究主要从机械运动、将物理与化学相结合。

如果物体自身受到外合力为0，那么物体本身的运动状态会一直保持不变，这种状态下物体保持静止或者属于匀速直线运动。相反，如果物体一直处于匀速运动状态或者一直处于静止状态，那么受到外合力就一定为零。物体运动速度的方向如果与外合力方向处于共线状态，那么物体运动属于直线。如果物体的速度方向出现变化，与外合力本身的方向属于同一个，这种状态下物体运动类型为加速直线运动。如果物体的速度方向与之相反，物体其主要做减速运动。

不同惯性系中动能与动量实际分析，需要以参照系为基础，惯性参照系、费惯性参照系、绝对惯性参照系。选取不同的惯性参照系，对力进行研究。力必须具有一定的施力物体，当然其本身也属于受力物体。比如人们坐火车期间，以火车为基本参照系，那么就会发现火车的物体会随着火车的移动加速运动，仿佛其中隐藏着力。对于这个力，属性为什么，实施力的物体为什么都需要深入研究。但是换一个角度，以地面为参照系，就会发现车加速运动期间，物体是随着车相对运动而运动，物体本身是保持相对静止状态。如果没有受到力的作用，就不能发现施力物体，改变参照系，结果也会大不相同。

亦或是以质点的位置矢量以及速度等方面研究分析。比如一辆火车匀速前进，火车上有人用力F推动一个质量为m的木箱，相对火车为参照系，发生了位移变化s。如果其中W=F·S，如果以地面为参照系，木箱其属于S+vt，v表示火车的速度，t表示箱子移动s期间花费的时间，因此得出W`=F·（S+vt）。从公式中能够发现，功计算与选择的参照系相关。具体的实际分析通过以下例题详细展示。

如图1所示，一木块在光滑水平面上受到一恒力作用而运动，前方固定有一劲度系数足够大的水平弹簧，当木块接触弹簧后，将发生怎样的变化（ ）。

A.立即作减速运动

B.立即作匀减速运动

C.在一段时间内速度继续增大

D.当弹簧处于最大压缩量时，物体速度为零、加速度也为零

对于这道题中包含的力学知识，可以发现，木块接触到弹簧之后，弹簧压缩量不是很大，同时物体受到的合外力方向与物块速度方向仍然相同，所以从一开始，一段时间之内仍然处于加速状态，但是随着弹力的不断增大，弹簧弹力大于力期间，物块的速度方向与受到的合外力方向相反，物块开始作减速运动，最后速度为零期间，物块因为其作用力不为零，所以最终的方向为左，根据以上解释，可以知道最终答案为C。

例2，如图2所示，质量为m的物体恰巧能够在倾角为α的匀速下滑，如在物体上施加一个力F，使物体沿斜面匀速上滑，得力F取最小值，这个力与斜面的倾斜角θ为多大？这个力是多少？如果要求力把物体从斜面的底端拉到最高点做功最少，求拉力的方向和所做的最小的功。

对于该题的解析，需要从物体斜面的上端恰好能够匀速下滑，这样根据平衡条件可以得知，

mg sinα=μmg cos α

Μ=tg α

在F的作用下，物体会向下倾斜，斜面运动期间，F沿斜面分量及物体与斜面间的滑动摩擦力均与θ角的大小有关，在F拉物体斜面匀速上升期间，结合物体的平衡条件能够得知：

F cosθ-mg sinα-f=0

F sinθ+N-mg cosα=0

根据已知条件的提示，逐步对其进行计算，从中获得最终的答案。

综上所述，结合案例以及知识点，不同惯性系条件下，动量、动能计算方式不同，其改变随着参考系的不同而不同。掌握这方面知识，为力学研究奠定基础。

参考文献：

[1]叶荣，杨果仁，吴显云.动量守恒定律与机械能守恒定律的复合分析[J].内江师范学院学报，2017，32（04）：50-52.

[2]冯喜忠.不同参考系中的功和动能定理[J].商丘师范学院学报，2005，（05）：173-175.