动能是什么?最初为什么会引入“动能”的概念?

2021-11-26 15:29

动能,就是物体由于运动而具有的能。这是物理学中一个很重要的基本概念。

为什么要引入“动能”的概念呢?

我认为最重要的原因是为了更好的描述物体的运动状态。也就是这说这个概念的出现是物理学发展到一定程度的必然结果。

比如在古代我们人类描述自己的词汇相对简单,大部分都是评论一个人的外貌、气度和是否聪慧的词语,并且里面的细分种类很少。但是到了现代社会,我们除了原来的词汇还增加了更多的细分的描述类用语,比如“智商”和“情商”等等。难道古人并没有智商的差别吗?并不是,只是现代人发展出了更定量的描述方法罢了。

这种需求对于物理学来说也是一样的。

当一个不同质量的物体在以不同的速率运动的时候,怎么来描述物体本身的状态呢,怎么来比较这些不同物体不同运动状态间的能量大小呢?如果不能对这些进行精准的定量描述,我们是没法判断运动物体间相互作用带来的影响的。

比如两个质量不同的铁球,从不同的方向以不同的速度碰撞到一起,他们的运动会发生什么样的变化?如果我给一个质量确定的物体施加一个固定的力,它的运动状态会怎样改变?

这些问题的解决都依赖于“动能”这个概念的提出和相应计算方法的确定。

牛顿力学给出的动能公式的Ek=½mv²,爱因斯坦则给出了另一种动能表达式Ek=mc²-m0c²。而牛顿动能公式Ek=½mv²可以看作是爱因斯坦动能公式Ek=mc²-m0c²在低速下的近似。

通过这种精确的计算,我们就可以对物体的运动状态进行更深层次的研究了。包括汽车、枪械、导弹和航天器等等几乎所有的领域都离不开动能研究。