氢分子碰撞器壁前、后的速度大小虽然不变,但方向改变了,因此动量(矢量)有改变。氢分子动量的改变意味着它受到器壁的冲量。根据这个冲量和碰撞的时间,便可算出器壁对氢分子作用的平均冲力,这个平均冲力的反作用就是氢分子对器壁碰撞的平均冲力。
例题 01-04-01-02.
氢分子的质量
,它在碰撞容器壁前,后的速度大小不变,均为
,而碰撞前,后的方向分别与垂直于器壁的法线成
角(如图1),碰撞时间是
。求氢分子碰撞容器壁的平均作用力。
图1
解:设器壁对氢分子的平均冲力为
,氢分子在碰撞前,后的速度分别为
和
,按质点动量定理,
取垂直和平行于器壁的
x
和
y
轴的正向如图,将冲量和动量沿
x
,
y
轴分解,其分量式为
考虑到氢分子碰撞前、后的速度
和
的方向,
从图可知,它们沿
x
,
y
轴的分量分别为
,
,
,
,代入上两式,得
由此得
,
这里,
。上式表明,器壁对氢分子的平均作用力为
,其方向沿器壁的法线,与
x
轴的正方向相同。代入题给数据,得平均作用力的大小为
按牛顿第三定律,氢分子对器壁的平均作用力和这个力的大小相等,方向相反,即垂直地指向器壁。
01-04-01-01
01-04-01-02
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