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2.2 后坐力现象

学习这一节前,先让我们回忆一下作用力和反作用力相等的定律,从表2-1中可以看到,动量 mv 等于力 F 和时间 t 的乘积,也就是等于质量 m 和其速度 v 的乘积,这是在物体由静止状态转为运动状态的情形下动量定律的数学式:

Ft=mv

在一定时间里,物体动量的改变,等于在这同一时间里面加在这个物体上的力的冲量,这个定律的一般形式为:

mv-mv 0 =Ft

其中, F 是一定不变的力, v 0 是初速度。

在进行射击的时候,我们知道枪都有“后坐”现象,枪膛里充满火药气体,火药气体膨胀而产生的压力将子弹推向一边,与此同时,导致枪向相反的方向推动。根据作用力与反作用力的定律,如图2-1所示,火药气体加在枪上的压力与火药气体加在子弹上的压力应该是相等的,两个力作用的时间是相同的,所以 Ft 的值对于子弹和枪都是相同的,由上面的公式可以得出它们的动量也应该是相同的。这里如果我们用 M 代表枪的质量, V 代表枪的速度,用 m 代表子弹的质量, v 代表子弹的速度,那根据前面的公式可以得出:

mv=MV

从而得到

图2-1 枪射击时为什么会后坐

那么,根据公式,我们能不能知道枪在后坐力的作用下向后运动的速度到底有多大呢?

下面我们将各项已知的数据代入上面求出的比例公式,已知军用步枪的子弹质量为9.6克,它射出的速度为880米/秒,步枪的质量是4 500克,这样就可以算出枪的运动速度:

因此,步枪的速度 V ≈1.9米/秒。我们可以看出,步枪向后运动时的力量是子弹的 ,对于不会射击的人,这个后坐力会产生很强的冲撞,如果掌握不好力量的运用,有时候还会被撞伤。可见即使两个物体动量相同,质量的差异也会导致速度成相应变化。

旧式大炮在发射的时候,强大的后坐力会使整座大炮向后退。现代大炮由于炮尾末端的驻锄固定着炮架,所以在发射时只有炮筒向后滑退,炮架仍然固定不动。海军炮由于安装了一种特别的装置,在发射的时候,部分炮会向后坐退,不过后退以后会自动回到原来的位置。

速射野战炮速度为600米/秒,质量为2 000千克,用它射出质量为6千克的炮弹,这种野战炮的后坐力与步枪的大致是一样的,算出来是1.8米/秒。但是由于炮的质量巨大,所以它运动所产生的能量是很大的,大概是步枪的450倍。在我们上面举的例子里,读者大概已经注意到,动量相等的物体,它们的动能并不一定相等。这是很正常的,我们从式子

mv=MV

无法推导出

后面这个等式只有在 v = V 的时候才是成立的。曾经有过这样的事情:有些发明家误以为等量的功会有相等的冲量,就根据这一点想发明不需要花费很多能量就可以工作做功的机器。这是一个误区。不是动量相等的时候动能就一定相等。 8Wbz1BCvX5/j+M5ve3LiHcjv5Igco0eDpEei4UkG7W633rYzlA2bVrP7ykqLAq2T

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