资源描述：
《《动量流的破坏作用》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、动量流强度和动量流密度及其破坏作用报告人：吴国玢上海理工大学2021/9/71摘要本报告阐述了德国卡尔斯鲁厄物理教程(KPK)中有关动量流强度和动量流密度的概念，讨论了它们对于物体所产生的破坏作用。作者希望以此为例来表明在物理教学中采用这些KPK概念的有效性和优越性。1引言在科学发展史上曾多次出现这样一种情况：由于当时科技发展和人们认识水平的限制，一些重要著作和研究成果在刚面世时不被科学界所接纳。多年后，当人们普遍开始意识到它们的重要价值时，往往已为时过晚。因为此时要想去改变现状或进行纠正，已变得相当困难,不费很大力气不下很大工夫就难以纠正过来。物理学中关于
2、动量流的概念就是一个突出的例子。由牛顿所构建的物理量“力”及其相应的名词术语相当复杂而且繁琐。其实，力的本质就是动量流的强度。德国著名物理学家普朗克（MaxPlanck）在他于1908年出版的著作中早就提出过这一观点，可惜长期以来一直为人们所忽视。在德国卡尔斯鲁厄物理教程（KPK）中，动量流强度的概念不仅得到了接纳，而且成为其力学的核心组成部分。发明专利2动量流强度与力为便于说明问题，下面的讨论仅限于物体的一维运动。设在时间间隔Δt内流经动量流导体（例如一根拉动小车的绳子）横截面的动量为Δp=Δ(mv)，那么在单位时间内流过该横截面的动量就定义为动量流强度I
3、pIp=Δp/Δt（1)对于有动量流入的物体而言，如果它的动量在Δt时间内的增量为Δp，那么该物体的动量变化率就是Δp/Δt。可见上式还可以用来表示，流入物体的动量流强度等于该物体的动量变化率。动量流强度通常可简称为动量流。发明专利由于动量流强度和力（force）所描述的实际上是同一个物理量，所以在KPK力学中也用符号F来表示动量流强度。这样，式（1）可改写为F=Δp/Δt=Δ(mv)/Δt（2)上式的微分形式正是大家所熟悉的牛顿第二定律。在KPK力学中,动量的概念在先,动量流（力）的概念在后.这样的次序顺理成章，有利于教与学。此外，用动量流的概念来解释许多
4、物理现象要比用力的概念胜出一筹。这不仅有利于学生掌握所学物理知识本身,而且能帮助他们运用类比的方法去掌握一些其他学科的知识，做到举一反三、融会贯通。下面以动量流的“破坏作用”为例加以说明。发明专利流过物体的动量流（作用于物体的作用力）过大时，物体可能会发生断裂或破碎.人们有时希望避免这种现象,有时却又希望利用这种现象。例如：1.用一根细绳拉动重物时,得慢慢使劲,不能猛拉；2.接篮球时,手掌得沿着球运动方向顺延一小段时间；3.汽车碰撞时,其中的”挤压区”会产生一定程度的折叠。上述措施都是试图增加Δt，以减小动量流强度F。当人们有意去破坏某物时,往往通过缩短Δt
5、来增加动量流强度F.如果你想用榔头砸碎一块砖,你就必须猛然敲击，让动量流在很短的瞬间内流入砖块。此时，任何拖泥带水（即延长Δt）的动作都不能奏效。发明专利不难看出，由于时间因素Δt的介入，运用动量流的概念来解释上述物理现象显得理由充足、令人信服。教师感到得心应手,学生觉得明白易懂。然而，运用力的概念来进行解释是无法达到如此效果的。发明专利3动量流密度与应力实际上,为了避免前面例子中的那根细绳被拉断,除了延长Δt以外,我们还可以用较粗的绳子来代替细绳,即增大绳子的横截面积A。为了深入讨论此类问题,有必要引入一个新的物理量：动量流密度。定义:如果在时间间隔Δt内
6、流过横截面积为A的物体的动量为Δp，那么在单位时间内流过单位横截面积的动量就是动量流密度jp,jp=Δp/AΔt=F/A（3)发明专利容易看出，动量流密度就是流过单位横截面积的动量流强度。由于动量流密度和应力所描述的是同一个物理量，所以我们也可以用应力符号σ来表示动量流密度σ=Δp/AΔt=Δ(mv)/AΔt=F/A（4)以前面讨论过的绳子为例，流经绳子的动量流密度就是绳子内的拉伸应力。增加面积A,动量流密度σ减小,绳子不易拉断。坦克车和拖拉机上的履带能在松软的土地上行走自如,也是由于其面积大而显著减小流入地面的动量流密度所致。反之,钉子、刀子、剪子等工具之
7、所以锐利,可以用来破坏物体,是因为它们的尖端或锋刃横截面积A很小,致使流入物体的动量流密度σ极大。发明专利汽车的安全带和安全气囊的设计综合了对于（4）式分母中时间间隔Δt和截面积A这两方面因素的考虑。汽车发生碰撞事故时,它会迅即停住将它的动量传递出去。此时的动量流必然很大，容易造成车毁人亡。安全带和安全气囊既可以延长Δt,又可以增大面积A,从而大大降低动量流密度,有效地起到了保护人身安全的作用。综上所述,可见要想判断动量流对物体的破坏作用，不应单纯考虑动量流强度（力）的大小,更应考虑动量流密度（应力）的大小.事实上,物体是否遭到破坏不仅与动量流的大小有关,而
8、且还与物体的组成材料有关。发明专利4动量流破坏作用的
