0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как направлен импульс силы

Содержание

Куда и как направлен импульс силы?

Изучая такой предмет, как физика, учащиеся зачастую испытывают трудности с пониманием новых терминов. Это нормально, ведь не существуют людей, которые всегда бы понимали объясняемый преподавателем материал с первого раза. В данной статье мы рассмотрим различие между двумя важными физическими терминами, а также определим, как направлен импульс силы.

Импульс

Изначально данная величина является численной характеристикой движения тела. В обычной жизни мы привыкли описывать этот процесс с помощью такого понятия, как скорость. Если передвигающееся с большой скоростью тело врезается в какой-либо объект, то он в свою очередь приобретает определенного рода повреждения. Эти травмы прямо пропорциональны данной величине, на которой произошло столкновение.

Вам будет интересно: Финансовый университет, магистратура: проходной балл, программы и сроки обучения

Однако есть еще один параметр, от которого зависит размер повреждений. Это масса. Действительно, ведь если в вас врежется насекомое, то вы не пострадаете, в отличие от ситуации, если в вас, не дай бог, въедет КамАЗ.

Поэтому для характеристики движения придумали понятие импульса тела, который равен результату умножения массы тела на его скорость. Данная физическая величина – векторная, а ее направление совпадает с соответствующим вектором скорости. Однако это не дает ответа на вопрос о том, как направлен импульс силы.

Теперь можно перейти к обсуждаемой теме. Для того чтобы понять, куда направлен импульс силы, нужно вспомнить второй закон Ньютона. В нем есть необходимая формула. Согласно ней, такая векторная величина, как сила, равна произведению ускорения тела на его массу.

Если мы выразим ускорение в качестве частного изменения таких параметров, как скорость и время, после чего заменим числитель по уже известной формуле, то мы получим следующее: сила равна частному изменения таких величин, как импульс и время. Значит, произведение времени на силу равно импульсу, который в данном случае относится к силе.

Анализ формулы

Разберемся в двух различных способах изменения данной величины, чтобы понять, как направлен импульс силы:

  • увеличить F (силу) воздействия при сокращении промежутка t (времени);
  • увеличить t (время) воздействия при небольшом численном значении F (силы).

Таким образом, эта физическая величина прямо пропорциональна и времени, и силе.

Как направлен импульс силы по ускорению?

Чтобы вы окончательно разобрались в данной теме, обсудим направления всех векторных величин, которые связаны с изученными сегодня понятиями. Здесь все достаточно просто, так как все они имеют одно и то же направление, совпадающее с направлением движения. К векторным величинам, помимо уже известного импульса, мы относим: скорость, ускорение, силу.

Читать еще:  Какие страны относятся к Восточной Европе

Заключение

Подводя итог всему вышесказанному, стоит отметить, что разобранная в статье величина имеет свойство сохраняться даже после столкновения.

Будем надеяться, что данная статья вам понравилась, а также была информативной, полезной и понятной для восприятия. Теперь вы точно знаете, как направлен импульс силы и чем он отличается от импульса тела. А нам остается только пожелать дальнейших успехов в познании удивительного мира физики.

Импульс тела. Импульс силы

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

Изучив законы Ньютона, мы видим, что с их помощью можно решить основные задачи механики, если нам известны все силы, действующие на тело. Есть ситуации, в которых определить эти величины затруднительно или вообще невозможно. Рассмотрим несколько таких ситуаций. При столкновении двух биллиардных шаров или автомобилей мы можем утверждать о действующих силах, что это их природа, здесь действуют силы упругости. Однако ни их модулей, ни их направлений мы точно установить не сможем, тем более что эти силы имеют крайне малое время действия. При движении ракет и реактивных самолетов мы также мало что можем сказать о силах, приводящих указанные тела в движение. В таких случаях применяются методы, позволяющие уйти от решения уравнений движения, а сразу воспользоваться следствиями этих уравнений. При этом вводятся новые физические величины. Рассмотрим одну из этих величин, называемую импульсом тела

Импульс силы. Импульс тела

Понятие импульса было введено еще в первой половине XVII века Рене Декартом, а затем уточнено Исааком Ньютоном. Согласно Ньютону, который называл импульс количеством движения, – это есть мера такового, пропорциональная скорости тела и его массе. Современное определение: импульс тела – это физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость:

= m

Прежде всего, из приведенной формулы видно, что импульс – величина векторная и его направление совпадает с направлением скорости тела, единицей измерения импульса служит:

[ ] = [ кг· м/с]

Рассмотрим, каким же образом эта физическая величина связана с законами движения. Запишем второй закон Ньютона, учитывая, что ускорение есть изменение скорости с течением времени:

Налицо связь между действующей на тело силой, точнее, равнодействующей сил и изменением его импульса. Величина произведения силы на промежуток времени носит название импульса силы. Из приведенной формулы видно, что изменение импульса тела равно импульсу силы.

Какие эффекты можно описать с помощью данного уравнения (рис. 1)?

Рис. 1. Связь импульса силы с импульсом тела (Источник)

Стрела, выпускаемая из лука. Чем дольше продолжается контакт тетивы со стрелой (∆t), тем больше изменение импульса стрелы (∆ ), а следовательно, тем выше ее конечная скорость.

Два сталкивающихся шарика. Пока шарики находятся в контакте, они действуют друг на друга с равными по модулю силами, как учит нас третий закон Ньютона. Значит, изменения их импульсов также должны быть равны по модулю, даже если массы шариков не равны.

Проанализировав формулы, можно сделать два важных вывода:

1. Одинаковые силы, действующие в течение одинакового промежутка времени, вызывают одинаковые изменения импульса у различных тел, независимо от массы последних.

2. Одного и того же изменения импульса тела можно добиться, либо действуя небольшой силой в течение длительного промежутка времени, либо действуя кратковременно большой силой на то же самое тело.

Согласно второму закону Ньютона, можем записать:

∆t = ∆ = ∆ / ∆t

Отношение изменения импульса тела к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло, равно сумме сил, действующих на тело.

Читать еще:  В чем счастье человека

Проанализировав это уравнение, мы видим, что второй закон Ньютона позволяет расширить класс решаемых задач и включить задачи, в которых масса тел изменяется с течением времени.

Если же попытаться решить задачи с переменной массой тел при помощи обычной формулировки второго закона Ньютона:

= m,

то попытка такого решения привела бы к ошибке.

Примером тому могут служить уже упоминаемые реактивный самолет или космическая ракета, которые при движении сжигают топливо, и продукты этого сжигаемого выбрасывают в окружающее пространство. Естественно, масса самолета или ракеты уменьшается по мере расхода топлива.

Краткие итоги

Несмотря на то что второй закон Ньютона в виде «равнодействующая сила равна произведению массы тела на его ускорение» позволяет решить довольно широкий класс задач, существуют случаи движения тел, которые не могут быть полностью описаны этим уравнением. В таких случаях необходимо применять другую формулировку второго закона, связывающую изменение импульса тела с импульсом равнодействующей силы. Кроме того, существует ряд задач, в которых решение уравнений движения является математически крайне затруднительным либо вообще невозможным. В таких случаях нам полезно использовать понятие импульса.

Вывод второго закона Ньютона

С помощью закона сохранения импульса и взаимосвязи импульса силы и импульса тела мы можем вывести второй и третий закон Ньютона.

Второй закон Ньютона выводится из соотношения импульса силы и импульса тела.

Импульс силы равен изменению импульса тела:

Произведя соответствующие переносы, мы получим зависимость силы от ускорения, ведь ускорение определяется как отношение изменения скорости ко времени, в течение которого это изменение произошло:

Подставив значения в нашу формулу, получим формулу второго закона Ньютона:

Вывод третьего закона Ньютона

Для выведения третьего закона Ньютона нам понадобится закон сохранения импульса.

Векторы подчеркивают векторность скорости, то есть то, что скорость может изменяться по направлению. После преобразований получим:

Так как промежуток времени в замкнутой системе был величиной постоянной для обоих тел, мы можем записать:

Мы получили третий закон Ньютона: два тела взаимодействуют друг с другом с силами, равными по величине и противоположными по направлению. Векторы этих сил направлены навстречу друг к другу, соответственно, модули этих сил равны по своему значению.

Список литературы

  1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Мнемозина, 2014.
  3. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика – 9, Москва, Просвещение, 1990.

Домашнее задание

  1. Дать определение импульсу тела, импульсу силы.
  2. Как связаны импульс тела с импульсом силы?
  3. Какие выводы можно сделать по формулам импульса тела и импульса силы?

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал Questions-physics.ru (Источник).
  2. Интернет-портал Frutmrut.ru (Источник).
  3. Интернет-портал Fizmat.by (Источник).

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

Как направлен импульс силы

Зная связь ускорения тела со скоростью его движения и предполагая, что масса тела не изменяется с течением времени, выражение можно переписать несколько в ином виде:

Полученное выражение показывает, что результат действия силы можно понимать и несколько иначе, чем мы делали это раньше: действие силы на тело приводит к изменению некоторой величины, характеризующей это тело, которая равна произведению массы тела на скорость его движения . Эту величину называют импульсом тела :

Направление вектора импульса тела всегда совпадает с направлением вектора скорости движения.

Слово «импульс» в переводе с латинского означает «толчок». В некоторых книгах вместо термина «импульс» используется термин «количество движения».

Эта величина была введена в науку примерно в тот же период времени, когда Ньютоном были открыты законы, названные впоследствии его именем. Ещё в первой половине XVII века понятие импульса введено Рене Декартом . Так как физическое понятие массы в то время отсутствовало, он определил импульс как произведение «величины тела на скорость его движения». Позже такое определение было уточнено Исааком Ньютоном . Согласно Ньютону, «количество движения есть мера такового, устанавливаемая пропорционально скорости и массе».

Читать еще:  Какой синоним к слову дружина

Поскольку , то за единицу импульса в СИ принимают импульс тела массой 1 кг, движущегося со скорость 1 м/с. Соответственно единицей импульса тела в СИ является 1 кг * м/c.

При взаимодействии тел импульс одного тела может частично или полностью передаваться другому телу. Если на систему тел не действуют внешние силы со стороны других тел, то такая система называется замкнутой .

В замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Этот фундаментальный закон природы называется законом сохранения импульса . Он является следствием из второго и третьего законов Ньютона.

Рассмотрим какие-либо два взаимодействующих тела, входящих в состав замкнутой системы. Силы взаимодействия между этими телами обозначим через и По третьему закону Ньютона Если эти тела взаимодействуют в течение времени t , то импульсы сил взаимодействия одинаковы по модулю и направлены в противоположные стороны: Применим к этим телам второй закон Ньютона:

где и – импульсы тел в начальный момент времени, и – импульсы тел в конце взаимодействия. Из этих соотношений следует:

Это равенство означает, что в результате взаимодействия двух тел их суммарный импульс не изменился. Рассматривая теперь всевозможные парные взаимодействия тел, входящих в замкнутую систему, можно сделать вывод, что внутренние силы замкнутой системы не могут изменить ее суммарный импульс, т. е. векторную сумму импульсов всех тел, входящих в эту систему.

Закон сохранения импульса во многих случаях позволяет находить скорости взаимодействующих тел даже тогда, когда значения действующих сил неизвестны. Примером может служить реактивное движение.

При стрельбе из орудия возникает отдача – снаряд движется вперед, а пушка– откатывается назад. Снаряд и пушка – два взаимодействующих тела. Скорость, которую приобретает пушка при отдаче, зависит только от скорости снаряда и отношения масс. Если скорости пушки и снаряда обозначить через и а их массы через M и m , то на основании закона сохранения импульса можно записать в проекциях на ось OX:

Если тело покоится, импульс равен нулю. Ненулевым импульсом обладает любое, движущееся тело. Например, когда мяч покоится, его импульс равен нулю. После удара он приобретает импульс. Импульс тела изменяется, так как изменяется скорость.

Рассмотрим задачу, которая демонстрирует связь импульса силы и изменения импульса тела.

Пример. Масса мяча равна 400 г, скорость, которую приобрел мяч после удара — 30 м/с. Сила, с которой нога действовала на мяч — 1500 Н, а время удара 8 мс. Найти импульс силы и изменение импульса тела для мяча.

Изменение импульса тела:

Как определить изменение импульса тела? Необходимо найти численное значение импульса в один момент времени, затем импульс через промежуток времени. От второй найденной величины отнять первую. Внимание! Вычитать надо вектора, а не числа. То есть из второго вектора импульса отнять первый вектор. Смотрите вычитание векторов.

Пример. Оценить среднюю силу со стороны пола, действующую на мяч во время удара.

Сила реакции изменяется в течение времени удара, поэтому возможно найти среднюю силу реакции пола.

2) Изменение импульса тела изображено на рисунке

3) Из второго закона Ньютона

Главное запомнить

1) Формулы импульса тела, импульса силы;
2) Направление вектора импульса;
3) Находить изменение импульса тела

Источники:

http://1ku.ru/obrazovanie/59061-kuda-i-kak-napravlen-impuls-sily/
http://interneturok.ru/lesson/physics/10-klass/bzakony-sohraneniya-v-mehanikeb/impuls-tela-impuls-sily?trainers
http://www.sites.google.com/site/zakonifizika/home/impuls-sily-zakon-sohranenia-impulsa

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector