Импульс

Импульс — это величина, равная произведению массы тела и его скорости. Понятие импульса фигурируется в трех законах классической механики Ньютона.

Более 300 лет назад британский физик и математик Исаак Ньютон сформулировал три закона механического движения. Эти законы описывают поведение физических тел при воздействии на них сил. В большинстве случаев законы дают точный результат, а для тел, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, приходится пользоваться положениями теории относительности Эйнштейна.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Импульс тела равен произведению его массы и скорости. Если бегун массой 50 кг движется со скоростью 10 м/с, то его импульс равен: 50 кг х 10 м/с = 500 кг х м/с. В этом случае единицей импульса является килограмм на метр в секунду. Если бегун неподвижный, то импульс равен нулю.

Первый закон Ньютона доказывает, что импульс тела остается постоянным, пока на тело не действует внешняя сила.

СКОРОСТЬ И ЕЁ ЗНАЧЕНИЕ

В определении импульса присутствует скорость. Важно не путать понятия скорости и ее значения. Скорость — это векторная величина, и в ней содержится информация не только о том, как быстро движется тело (значение скорости), но и о направлении его движения. Скорость изменяется при изменении ее значения или направления.

Если два автомобиля движутся прямолинейно в одном направлении со скоростью 50 км/ч, то векторы их скоростей одинаковы. Если значение скорости автомобилей одинаковое, но они движутся в разных направлениях, то их скорости нельзя считать одинаковыми. Если третий автомобиль движется по кругу с постоянным значением скорости, то скорость его постоянно меняется, потому направление движения постоянно отклоняется от прямой линии.

ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Если на тело действует только одна сила, то оно приобретает ускорение, направленное в сторону действия силы. В частности, бросая мяч мышцы руки прикладывают к нему силу, ускоряют его и увеличивают импульс. Чем больше масса мяча, тем труднее предоставить ему ускорение.

Второй закон Ньютона доказывает, что изменение импульса тела пропорционально действующей на него силе и времени действия. Если ускорение показывает, как меняется скорость, то произведение массы и ускорения характеризует, с какой скоростью меняется импульс. Обычно второй закон Ньютона записывают в виде: F = ma, где F — сила в ньютонах, m — масса в килограммах и a — ускорение в метрах в секунду в квадрате.

ТРЕТИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Третий закон Ньютона доказывает, что два тела действуют друг на друга с силами, одинаковыми по значению и направленными в противоположные стороны. Эти силы иногда называют силами действия и противодействия.

Во время работы ракетного двигателя раскаленные газы, образующиеся в камере сгорания, с большой скоростью выбрасываются из сопла. Топливо и окислитель, поступающих в камеру сгорания, имеют очень малый импульс, но в процессе горения резко увеличивается объем смеси и давление газов, поэтому выброшенные через сопло газы уже имеют большой импульс. Реактивная сила газа, действуя на стенки камеры сгорания, толкает ракету вперед. Поскольку масса ракеты больше массы сгоревших газов, то ее ускорение меньше, чем у молекул газа, хотя изменение импульса газов ракеты одинаково.

На примере космического корабля видно, как в космосе, где не действуют силы притяжения Земли и сопротивления воздуха, исполняются 3 закона механического движения. Двигатель ракеты выбрасывает назад раскаленные газы, создающие силу, которая толкает ракету вперед (третий закон). Ускорение ракеты пропорционально силы тяги двигателя и обратно пропорционально массе ракеты (второй закон). Когда двигатель выключен, космический кора продолжает полет с постоянной скоростью (первый закон).
На примере космического корабля видно, как в космосе, где не действуют силы притяжения Земли и сопротивления воздуха, исполняются 3 закона механического движения. Двигатель ракеты выбрасывает назад раскаленные газы, создающие силу, которая толкает ракету вперед (третий закон). Ускорение ракеты пропорционально силы тяги двигателя и обратно пропорционально массе ракеты (второй закон). Когда двигатель выключен, космический кора продолжает полет с постоянной скоростью (первый закон).


ИМПУЛЬС И ИНЕРЦИЯ

Инерция — это свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Чтобы изменить импульс тела, нужно выполнить работу по преодолению его инерции. Велосипедисту труднее тронуться с места, чем ехать прямолинейно с постоянной скоростью. Это объясняется тем, что на старте велосипедист вынужден преодолевать не только инерцию велосипеда, но и собственную. При равномерном движении велосипедист преодолевает только сопротивление воздуха. Исаак Ньютон первым понял, что нужна сила, чтобы преодолеть инерцию и заставить тело двигаться с ускорением или замедлением.

СОХРАНЕНИЕ ИМПУЛЬСА

При выстреле из ружья сила, действующая на пулю, равна силе отдачи, действующей на ружье, и направлена ​​в противоположную сторону. По второму закону Ньютона изменение импульса ружья и пули также одинаковые по значению и направлены в противоположные стороны, так как сила, что толкает пулю, и сила отдачи действуют с одинаковым интервалом времени. В механике противоположность направления обозначается знаком «минус», поэтому сумма одинаковых по значению и противоположно направленных импульсов равна нулю до выстрела и после него. Это пример закона сохранения импульса.

Ссылка на основную публикацию