Взаимодействие тел. Импульс. закон сохранения импульса

 
 

История понятия импульса

В XIV в. французский философ и механик Жан Буридан (1300-1358) применил известное в философии понятие impetus (толчок к чему-нибудь, побуждение) для объяснения причины движения тел. Он писал: «Человек, бросающий камень, движет свою руку вместе с ним, а при стрельбе из лука тетива какое-то время движется вместе со стрелой, толкая стрелу... Пока то, что толкает, контактирует с телом. тело непрерывно приобретает impetus, поэтому его движение становится все быстрее. После отрыва. движет тело только приобретенный impetus, который из-за сопротивления среды ослабевает, и поэтому движение становится все медленнее».

Из курса физики 7 класса вы узнали о законе сохранения механической энергии, из курса физики 8 класса — о законе сохранения электрического заряда. В данном параграфе вы ознакомитесь с еще одной физической величиной, имеющей свойство сохраняться (то есть не изменяться при взаимодействии тел).

Узнаём, при каких условиях систему можно считать замкнутой

Несколько тел, взаимодействующих друг с другом, образуют систему тел. Силы, характеризующие взаимодействие тел системы между собой, называют внутренними силами системы.

Система тел называется замкнутой (изолированной), если на тела не действуют внешние силы, а любое изменение состояния системы — результат действия внутренних сил.

Строго говоря, на Земле невозможно найти замкнутую систему тел: на любое тело действует сила тяжести, любое движение тел сопровождается трением. Поэтому на практике система тел считается замкнутой, если внешние силы, действующие на систему, уравновешены или намного меньше внутренних сил системы.

Например, в момент взрыва фейерверка (рис. 36.1, а) внешние силы, действующие на его «осколки» (сила тяжести и сила сопротивления), во много раз меньше сил,

с которыми «осколки» отталкиваются, поэтому во время взрыва систему тел «осколки» можно считать замкнутой. А вот после взрыва притяжением Земли и сопротивлением воздуха пренебречь нельзя — система тел «осколки» будет незамкнутой.

Рис. 36.1. Если внешние силы, действующие на систему, уравновешены или значительно меньше внутренних сил системы, эту систему можно считать замкнутой



 

Если человек толкает ядро, стоя на легкоподвижной тележке (рис. 36.1, б), то систему тел «человек на тележке — ядро» можно считать замкнутой, ведь силу тяжести уравновешивает сила нормальной реакции опоры, а сила трения качения незначительна. Если же человек толкает ядро, стоя на земле, то система тел «человек — ядро» незамкнута, потому что сила трения сравнима с силой взаимодействия человека и ядра.

Вычисляем импульс тела

В правой части последнего равенства имеем изменение некой векторной величины mv. Эту физическую величину называют импульсом тела или количеством движения.

Импульс тела — это векторная физическая величина, равная произведению массы тела на скорость его движения:

Единица импульса тела в СИ — килограмм-метр в секунду:

Воспользуемся законами Ньютона и докажем: если тела образуют замкнутую систему, их суммарный импульс при взаимодействии не изменяется.

Доказываем закон сохранения импульса

Рассмотрим взаимодействие двух тел массами ml и m 2 (рис. 36.2). Тела образуют замкнутую систему и движутся со скоростями v01 и v02 соответственно.

В результате взаимодействия, длящегося некоторый интервал времени t, оба тела изменяют скорость своего движения до vи v2 . Система замкнута, поэтому причиной изменения скорости движения тел являются только силы F1 и F2 — внутренние силы системы. Согласно третьему закону Ньютона эти силы равны по модулю и противоположны по направлению: F1 = -F2.

Рис. 36.3. Движение бильярдных шаров после удара друг о друга (а); отдача отбойного молотка (б) — появление этих движений является следствием закона сохранения импульса

Запишем для каждого тела второй закон Ньютона:

Таким образом, несмотря на то что после взаимодействия импульс каждого тела изменился, суммарный импульс системы остался неизменным — он сохранился.


Итак, закон сохранения импульса:

В замкнутой системе тел векторная сумма импульсов тел до взаимодействия равна векторной сумме импульсов тел после взаимодействия.

Закон сохранения импульса выполняется для замкнутой системы, содержащей любое количество тел, — это фундаментальный закон физики. В общем виде закон сохранения импульса записывают так:

С проявлениями закона сохранения импульса мы постоянно имеем дело в технике, природе, быту и т. д. (рис. 36.3).

Обратите внимание: закон сохранения импульса выполняется только для замкнутой системы тел, поэтому, прежде чем применить его для решения задачи, нужно выяснить, является ли система замкнутой.

Учимся решать задачи

Задача. Из пушки, установленной на твердой и ровной горизонтальной поверхности, горизонтально выпущен снаряд со скоростью 100 м/с. Какую скорость движения приобрела пушка после выстрела, если масса снаряда равна 20 кг, а масса пушки — 2 т?

Анализ физической проблемы. Систему тел «снаряд — пушка» можно считать замкнутой, поскольку силы трения намного меньше сил, возникающих во время выстрела. Выберем систему отсчета, связанную с точкой на поверхности Земли. Выполним пояснительный рисунок, на котором укажем ось ОХ и направления скоростей движения тел до и после взаимодействия:

Подводим итоги


Контрольные вопросы

1. Какую систему можно считать замкнутой? Приведите примеры. 2. Дайте определение импульса тела. Какова единица импульса тела в СИ? 3. Сформулируйте закон сохранения импульса. 4. Докажите закон сохранения импульса для системы двух тел.

Импульс тела р — это векторная физическая величина, равная произведению массы т тела на скорость v его движения: p = mv. Систему тел можно считать замкнутой, если внешние силы, действующие на систему, уравновешены или намного меньше внутренних сил системы. В замкнутой системе тел выполняется закон сохранения импульса: векторная сумма импульсов тел до взаимодействия равна векторной сумме импульсов тел после взаимодействия:

1. Футболист ведет мяч массой 4,5 кг, двигаясь со скоростью 4 м/с относительно поверхности Земли. Определите импульс мяча относительно: а) поверхности Земли; б) футболиста, ведущего мяч; в) футболиста, бегущего навстречу мячу со скоростью 5 м/с.

2. Шар массой 100 г, движущийся с некоторой скоростью, попадает в неподвижный шар массой 150 г и застревает в нем (рис. 1). Определите скорость движения шара до столкновения, если после столкновения система двигалась со скоростью 10 м/с.

3. Составьте и решите задачу, используя рис. 2.

4. С лодки массой 200 кг, движущейся со скоростью 2 м/с, прыгает мальчик массой 50 кг со скоростью 6 м/с. Найдите скорость лодки после прыжка мальчика, если он прыгает: а) с кормы горизонтально, в сторону, противоположную движению лодки; б) с носа лодки горизонтально, в направлении ее движения; в) с носа лодки под углом 60° к горизонту, в сторону движения лодки.

5. Если лодка приблизится к берегу, а человек в лодке, не дождавшись, когда ее пришвартуют, встанет и пойдет вперед, лодка отплывет от берега (рис. 3). Объясните эту ситуацию с точки зрения закона сохранения импульса. Определите расстояние s, на которое отплывет лодка от берега, если масса человека 70 кг, масса лодки 130 кг, длина лодки l = 4 м. Сопротивление воды не учитывайте.

6. Сравните ваш импульс во время бега на 100 м и импульс пули. Данные задайте самостоятельно.

Физика и техника в Украине

Кирилл Дмитриевич Синельников (1901-1966) — выдающийся украинский советский физик-экспериментатор, академик.

К. Д. Синельников — соратник И. В. Курчатова; вошел в историю науки как известный ученый в области физики диэлектриков и полупроводников, физики атомного ядра, физического материаловедения, физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза, физической и электронной оптики. В 1928-1930 гг. К. Д. Синельников стажировался в Кембридже, в лаборатории Э. Резерфорда. В 1944-1965 гг. ученый возглавлял Харьковский физико-технический институт, где под его руководством впервые было осуществлено расщепление ядра Лития протонами.

Президиум АН УССР установил премию им. К. Д. Синельникова за выдающиеся работы в области ядерной физики.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Фізики за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.