13.12.2021 р.

Тема: Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу. Реактивний рух. Друга космічна швидкість.

Закони Ньютона в принципі дозволяють розв'язати всі задачі, пов'язані із взаємодією тіл. Але знайти сили, що взаємодіють, нерідко досить складно, а без цього неможливо з найти прискорення, якого набувають-тіла, та, відповідно, їхні швидкості переміщення. Для розв'язання подібних задач в механіці введено спеціальні поняття та величини, за їхньої допомоги встановлено співвідношення між ними. При цьому виявилось, що числові значення введених величин не змінюються в процесі взаємодії тіл, тому найважливіші співвідношення між величинами, що зберігаються, отримали назву законів збереження. Закон збереження енергії вже розглядався в попередніх курсах у різних інтерпретаціях. Зараз ми ознайомимось також із законом збереження імпульсу.

Закони збереження, як і закони Ньютона, є результатом теоретичного узагальнення дослідних фактів. Закони збереження — фундаментальні закони фізики. Вони мають винятково велике значення, бо застосовуються не тільки в механіці, а й в інших розділах фізики.

1.    Імпульс сили

Під терміном  «імпульс»  (від латин, impulsus — поштовх) в механіці розуміють імпульс сили й імпульс тіла.

Запитання до класу. Як ви вважаєте, чи залежить результат взаємодії від часу, чи він визначається лише силою взаємодії?

Демонстрація 1. На горизонтальну поверхню покласти сталеву кульку. Швидко пронести над нею магніт. Кулька ледве зрушить з місця (рис. 1, а). Повторити дослід, проносячи магніт уже повільно. Кулька почне рухатись за магнітом (рис. 1, б).

 

 

 

Демонстрація 2.

На край стола покласти аркуш паперу і поставити, на нього склянку з водою. Якщо повільно тягти папір, то склянка рухається разом з ним (рис. 2, а). Якщо ж аркуш смикнути різко, він висмикнеться з-під склянки, а склянка залишиться на місці (рис. 2, б).

 

Про що свідчать ці досліди?

Взаємодія тіл залежить не тільки від сили, але й від часу її дії, тому для характеристики дії сили ввели спеціальну характеристику— імпульс сили.

Імпульс сили — фізична величина, яка є мірою дії сили за деякий інтервал часу і чисельно визначається добутком сили на час її дії: .

Одиницею в СІ є ньютон-секунда (Н*с). Імпульс сили є векторною величиною: напрям імпульсу сили збігається з напрямом сили, що діє на тіло.

2.   Імпульс тіла

Уявимо собі, що кулю масою 10 г кинули зі швидкістю 5 м/с. Таку кулю можна зупинити аркушем цупкого картону чи товстою тканиною, але якщо її випустити з гвинтівки зі швидкістю 800 м/с, то навіть за допомогою трьох товстих дощок майже неможливо зупинити.

Запитання до класу.   Який висновок можна зробити з цього прикладу?

Отже, для характеристики руху недостатньо знати тільки масу тіла і швидкість. Тому як одну з мір механічного руху введено імпульс тіла (або кількість руху).

Імпульс тіла — фізична величина, яка є мірою механічного руху і чисельно визначається добутком маси тіла на швидкість його руху: .

Імпульс тіла — векторна величина, ЇЇ напрям збігається з напрямом швидкості руху тіла. Одиницею в СІ є кілограм-метр за секунду (кг-м/с).

Якщо тіло масою m рухається зі швидкістю  , а потім протягом часу взаємодіє з іншим тілом із силою , то в процесі цієї взаємодії тіло рухалось з прискоренням  :

За другим законом Ньютона:

Остання формула є зв'язком між імпульсом сили і зміною імпульсу тіла.

Таким чином, зміна імпульсу тіла дорівнює імпульсу сили взаємодії.

3.    Ізольована система тіл. Закон збереження імпульсу

Ізольована (або замкнена) система тіл — це система тіл, які взаємодіють тільки між собою і не взаємодіють з тілами, які не входять в цю систему.

Ізольованих систем тіл у значенні сенсі цього слова не існує, це ідеалізація. Всі тіла у світі взаємодіють. Але в ряді випадків реальні системи можна розглядати як ізольовані, виключаючи з розглядання ті взаємодії, які в даному випадку є несуттєвими.

Демонстрація 3.   Пружний удар двох кульок однакової маси, підвішених на нитках (рис. 3).

Так, вивчаючи пружний удар двох однакових кульок, систему кульок можна розглядати як ізольовану, бо в момент удару сили тяжіння кульок зрівноважені силами реакції ниток, сили опору повітря кульок малі.

Якщо знову звернутися до системи кульок масами т₁ і т₂ , які в початковий момент часу в обраній інерціальній системі відліку мають швидкості v₀₁ і v₀₂ , то через момент часу t їхні швидкості в результаті взаємодії змінилися до v₁  і v₂.

Відповідно до третього закону Ньютона:

Закон збереження імпульсу. Векторна сума імпульсів тіл, які входять у замкнену систему, залишається сталою:

 

4.    Реактивний рух. Рух ракети як реактивний рух

Законом збереження імпульсу пояснюється реактивний рух.

Реактивний рух — це рух тіла, який виникає в результаті відокремлення від нього частини або викиду ним речовини з деякою швидкістю відносно тіла.

Демонстрація 4. Надути повітряну кульку, а потім відпустити. Кулька буде рухатись за рахунок газів, що з неї «витікають».

Завдання класу. Наведіть приклади реактивного руху.

Відповідь: Реактивний рух здійснюють літаки, які рухаються зі швидкостями в декілька тисяч кілометрів за годину, снаряди усім відомих «катюш», бойові та космічні ракети. Навіть є легкі танки для переміщення по воді. Реактивний рух притаманний деяким істотам, наприклад кальмарам, каракатицям, восьминогам.

Переляньте відео

Виконайте тест

Результат виконання тесту(скріншот) надішліть на вайбер 0968909618