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1、1如何利用动量原理在失控车辆中跳车逃生上海市向明中学高一（7）班 陶慧玲 指导老师：臧己相摘要：本文分析了用动量解决运动问题的便捷性，用动量原理解释了从高速车辆上该如何逃生，并建立模型对北京通州的交通事故进行了分析，提出了在紧急时刻逃生的有效方法。文章最后还介绍了这些方法的引申意义，进一步强调了力学原理的重要性，以及其运用的实效性。关键词：动量，系统动量守恒众所周知，物理在生活中随处可见。大到研究发明人造卫星小到用吸管喝饮料，其中都包含着物理原理。科学家们为了更加深入彻底地研究生活中的现象，相应的物理量也随之产生。高中课程中牛顿三大定律已经能解决许多生活中的问题，但还是有少数问题不能仅靠牛顿定
2、律解决或者说用牛顿定律解决起来比较麻烦，于是科学家们发现了动量及动量守恒定律，以此来解决更多的问题。2011 年 5 月 16 日下午 3 时许，北京通州区台湖镇大地村附近，一辆通 15 路小公共汽车在行驶中刹车失控，司机让乘客跳车逃生，致 1 死 6 伤，其中一名伤者伤情较重。目击村民称，跳车乘客多为女性， “一名女子脚挂在车门处，面部着地，被拖行了数十米。 ”公交车继续行驶数百米后，停在路边，车内十余名未跳车乘客并未受伤。那名被拖行的女子被确认死亡。由此可见，盲目地无效的跳车的确是不智之举。那么有没有好的解决方法呢？在经典力学中，动量表示为物体的质量和速度的乘积，是与物体的质量和速度相关的
3、物理量，指的是这个物体在它运动方向上保持运动的趋势。动量也是矢量，它的方向与速度的方向相同。如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零，那么这个系统的总动量2保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体，也适用于高速运动物体，它是一个实验规律，也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来。现代的科学实验和理论分析都表明：在自然界中，大到天体间的相互作用，小到如质子、中子等基本粒子间的相互作用，都遵守动量守恒定律。因此，它是自然界中最重要、最普遍的客观规律之一，比牛顿运动定律的适用范围更广。用于解体也更加
4、便捷，例如以下这题：一辆质量为 M 的车静止在光滑水平面上，车上站着 N 个质量为 m的人。若每个人跳下车时相对车的水平速度都是 u，那么 N 个人一起跳和一次跳两种情况下哪一种车速更大呢？分析与解答：取车速方向为正方向若 N 个人一起跳，则根据动量守恒定律有0=Nm(-u+v 车 )+Mv 车v 车 =NmuM+Nm若一个一个跳，则第一个人跳下后：0=m(-u+v1 )+M+（N-1）mv 1v1 =+第二个人跳下后：M+（N-1）mv 1 =m(-u+v2 )+M+(N-2)m v23v2 =v1 + = +(1)muM+Nm +(1)以此类推v3=v2 + = + +(2)muM+Nm
5、+(1) +(2)vn = + + +muM+Nm +(1) +(2) muM+m第一种情况 v 车 = 可看作有 N 个 相加所得到，而第二种情况NmuM+Nm muM+Nm仅第一项与之相同，其余项均大于 ，由此得出依次跳下所产生muM+Nm的速度较大。由此问题不难看出，若用牛顿定律求解此题则非常麻烦，需求出人跳车时对于车的作用力大小，而用动量守恒来解题就显得非常简单。动量守恒在其他解题过程中能省去大量的数学计算，例如三角函数各个公式的相互转换，既节省了时间又提高了准确率，由此可见动量的便捷之处。我们正好可以利用上述理论来解决北京通州区的交通紧急事件。若在此情形下运用适当的方法，则可以大大避
6、免人员伤亡。若像乘客原先那样拥挤地一起与车的行驶方向相反地跳车，则-Mv 车 =Nm(-u+v 车 )+Mv 车V 车 = ，-Mv车 +NmuM+Nm若一个个地跳，则 V 车 = + + +-Mv车 +muM+Nm -Mv车 +(1)-Mv车 +(2)-Mv车 +muM+m相比之下后一种跳车方式能使车更快地停下，这样就可以缩短公交车在失控状况下所行驶的距离，能够减少乘客的伤亡状况。这样也4能保持车厢的秩序，避免发生因人群拥挤而产生悲剧。除此之外，动量在生活中的运用也很常见。从高处下跳时,我们为什么要翻滚?当我们从高处往下跳时,总是就地翻个滚。而且有经验的人可以从很高的地方落下而不受伤。这是为
7、什么呢？我们可以从动量定理得到答案。我们已经知道冲力作用的时间长短影响力的大小。与地面接触的时间越短,我们感受到的力F就会越大。而如果着地时来个滚翻,借以延长与地面作用的时间,从而减少与地面的作用力,并且此举还加大了身体与地面的接触面积,使受力的部位分散,因此对人体的危害性肯定就减小很多。这个原理也可以运用于上述实例中，若被拖行的女子跳车时以抱头身体蜷缩着地时与地面进行翻滚，那么她就不会发生这样的惨剧了。类似的原理可以总结为用运动换取力的作用。比如动量在高压水流采煤技术中的应用。传统采煤污染大,噪声大,对人体有很大的伤害。但是用高压水流采煤则不会遭遇上述麻烦,但是水作为自然界最软的物质怎能采煤
8、呢？正如上例所论述的,高速的物体瞬间改变方向可以产生巨大的压力。据此原理,也就是动量定理,我们在实际工作中用高压水枪射向煤层,细小而高速的水柱瞬间改变速度而施给煤层巨大的冲击力,于是使得水流采煤成为可能,并广泛应用于生产。由此可见，动量在人们的日常生活中起到了非常大的作用，使人们的生活能够更加的便捷。5参考文献：1 曾谨言.量子力学M.北京:科学出版社,2006.2 赵凯华,罗蔚茵.新概念物理教程力学M.北京:高等教育出版社,2005:149156.3 刘克哲.普通物理学M.北京:高等教育出版社,2006:78.4 梁昆淼.力学(上)M .北京:人教出版社,1978:250 2515 袁庆成 人体运动分析M北京：人民体育出版社，19976 汪广茂 析 110米栏跑过栏时的摆臂及腿臂动作配合J 中国体育科技，1997.9（43）
