動量與碰撞

質點系統(system of particles)

質點系統,就是我們選擇當作一個整體來一起思考的一群物體——兩台相撞的滑車、太陽系的行星、氣球裡數不清的分子,或一枚爆炸煙火的各個碎片。我們不再分別追蹤每一塊,而是問這一整群作為一個整體,行為如何。

讓這件事變得可處理的訣竅,是把所有的力分成兩類。內力作用在系統成員彼此之間,依牛頓第三運動定律,它們成對出現、大小相等方向相反,在對整個系統加總時互相抵消。外力則來自外部。強而有力的結果是:系統的總動量只隨「淨外力」而改變,而質心運動起來,就好像整個質量都是坐在那裡、感受著那淨外力的單一質點。內力——碰撞、爆炸、成員之間的重力——可以重新排列各個部分,卻絕不會單憑自己移動質心。

這就是為什麼動量守恆如此穩固:對一個孤立系統(沒有淨外力),總動量根本不可能改變,無論內部互動多麼狂野。這個觀念可以一路放大,讓我們把一整個星系當成一個系統;也可以一路縮小,讓我們把上兆個分子組成的氣體,當成一個可處理的系統。

一枚煙火彈升空,抵達弧線頂端,炸成一百片發亮的碎片。這場爆炸全是內力,所以它無法改變系統的動量:所有碎片的質心,仍沿著那顆未爆彈本會飛出的、同一條平滑拋物線前進,即使火花四面八方地散開。

內力把各個部分重新洗牌;質心卻只在重力作用下,繼續航行。

在物理裡,「質點」不是「很小」的意思——只要你只在意一顆行星質心的運動,整顆行星都算作一個質點。把物體歸成一個系統,是你為了簡化問題所做的選擇,而不是物體本身的既定事實。

又称
many-particle systemsystem of bodies質點系多質點系統