很好的一個角度。這說明你在獨立地思考一些問題,而不是被動地去接受知識。

我們討論一個物體在進行勻速直線運動的時候,究竟說的是「哪部分」物體在進行勻速直線運動呢?它的最前端的分子?它的最後端的分子?它的每個分子?還是它的某個分子?

事實上,組成物體的分子,都是在進行無規則熱運動的。而既然說是無規則,那麼這些分子的運動方向必然不是同一方向,而是這個分子向前移動,那個分子向後移動,還有的分子在左右移動;這個分子這一秒可能在向左移動,下一秒可能就由於撞到了另一個分子而變成向右移動。這樣看來,幾乎沒有哪個分子是按照物體自己的速度大小與速度方向進行運動的。

那麼為什麼物體還能夠做勻速直線運動呢?我們說它在勻速直線運動時,到底說的是什麼在勻速直線運動?

首先,我們引入一個物理概念:動量。動量是物體速度與質量的乘積,表示為p=mv。由於速度是矢量,質量是標量,因此動量也是矢量,方向與速度的方向一致。而牛頓第二定律可以表述為,物體受力大小,正比於物體動量對時間的變化率,即F=ma=(mΔv)/Δt=Δp/Δt。因此,一個不受外力的,在做勻速直線運動的物體,它的總動量不會改變,即內部所有分子的動量矢量和是不變的。當一個分子熱運動速度改變的時候,必然要帶動其他分子沿相反方向改變熱運動的速度。

在這裡,我們先考慮一個非常簡單的情形:一個靜止的物體,只具有AB兩個分子,分別處於左右方向熱運動的狀態。現在分子A在以10m/s的速度先向左後向右地不斷熱運動,那麼分子B必須與A相反,在以10m/s的速度先向右後向左地不斷熱運動。這樣才能使得物體總動量為零。

那麼物體的動量,如果不等於兩個分子動量的矢量和(在這裡為零),那麼會出現什麼情況呢?很顯然,物體雖然移動走了,但是分子依然留在原地不斷地振動。這很明顯出現了問題。因此,我們可以發現,物體的動量,是構成物體所有分子動量的矢量和。

如果物體現在向右以10m/s的速度移動,那麼它內部的AB分子是怎麼運動的呢?此時,分子A是先靜止,後以20m/s的速度移動;分子B則是在A靜止時,以20m/s的速度向右移動,之後在A運動時靜止。這種情況下,AB的動量矢量和,等於20m/s乘以單個分子的質量,也就等於10m/s乘以物體的質量(物體含有兩個分子)。

我們可以發現,宏觀運動的動量,在微觀上會按照質量佔比分配給微觀上的分子,從而使得所有的分子均加成一個宏觀運動的速度。但是從分子的角度來看,分子的熱運動速度並沒有什麼變化。像上述簡化的例子中,AB之間的相對熱運動速度,始終是20m/s(10m/s+10m/s和20m/s+0)。熱運動與宏觀運動事實上是獨立的:每個分子的速度,都可以拆分為宏觀運動速度加上熱運動速度,而兩個速度分別由不同的物理規律描述,原則上互不影響。

綜上所述,物體在以勻速直線運動的時候,分子的速度並不等同於物體的速度,而分子運動的總動量則等於物體宏觀運動的動量;同時,宏觀運動速度雖然會加成到分子速度上,但是並不會改變分子的熱運動(或者說分子之間的相互運動),兩個速度分量事實上是相互獨立的。我們所說的物體的速度,是所有分子動量的矢量和除以物體的總質量,所得到的速度;而這個矢量相加的過程中,會將熱運動相互抵消掉,僅留下加成在所有分子上的那個宏觀速度。



討論宏觀就不研究微觀

宏觀和微觀一起討論好像比較麻煩。分子(原子)有無規則運動,所以速度是不能確定的,與物體不可能相同,但這些分子(原子)很少,大部分還是被分子間或原子間作用力(化學鍵)束縛,應該是與物體一個速度。但也說不定,畢竟微觀的事很多都講一個概率。


宏觀物體和微觀粒子好像不能一起討論……


一輛勻速的火車上,超人在上面以光速的方式跑來跑去,被乘客們投訴了。

第一,希望你知道火車這種交通工具???(???????=???? ???????)???

反正是生活化的提問,別計較了。

第二:超人的知名度夠不夠,我覺得其他人也挺合適的。~(*?_?)ノ⌒*丟出去


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