Взаємодія тіл. Імпульс. Закон збереження імпульсу. Історія поняття імпульсу

 
 

У XIV ст. французький філософ і механік Жан Буридан (1300-1358) розширив відоме у філософії поняття «impetus» (поштовх до чого-небудь, спонукання) для пояснення причини руху тіл. Він писав: «Людина, яка кидає камінь, рухає свою руку разом із ним, а під час стрільби з лука тятива деякий час рухається разом зі стрілою, штовхаючи стрілу... Поки те, що штовхає, контактує з тілом, тіло безперервно набуває impetus, тому його рух стає все швидше. Після відриву тіло рухається тільки завдяки impetus, який через опір середовища послаблюється, і швидкість руху тіла зменшується».

Із курсу фізики 7 класу ви дізналися про закон збереження механічної енергії, із курсу фізики 8 класу — про закон збереження електричного заряду. У цьому параграфі ви ознайомитеся з ще однією фізичною величиною, яка має властивість зберігатися (тобто не змінюватися під час взаємодії тіл).

Дізнаємося, за яких умов систему можна вважати замкненою

Декілька тіл, що взаємодіють одне з одним, утворюють систему тіл. Сили, які характеризують взаємодію тіл системи між собою, називають внутрішніми силами системи.

Систему тіл називають замкненою (ізольованою), якщо на тіла не діють зовнішні сили, а будь-які зміни стану системи є результатом дії внутрішніх сил.

Точно кажучи, на Землі неможливо знайти замкнену систему тіл: на будь-яке тіло діє сила тяжіння, будь-який рух тіл супроводжується тертям. Тому на практиці систему тіл вважають замкненою, якщо зовнішні сили, які діють на систему, зрівноважені або набагато менші від внутрішніх сил системи.

Наприклад, під час вибуху феєрверка (рис. 36.1, а) зовнішні сили, що діють на його «осколки» (сила тяжіння та сила опору), у багато разів менші від сил,

з якими «осколки» відштовхуються, тому під час вибуху систему тіл «осколки» можна вважати замкненою. А от після вибуху притяганням Землі й опором повітря нехтувати не можна і система тіл «осколки» буде незам-кненою.



 

Якщо людина штовхає ядро, стоячи на легкорухомому візку (рис. 36.1, б), то систему тіл «людина на візку — ядро» можна вважати замкненою, адже силу тяжіння зрівноважує сила нормальної реакції опори, а сила тертя кочення є незначною. Якщо ж людина штовхає ядро, стоячи на землі, то система тіл «людина — ядро» є незамкненою, бо сила тертя є порівнянною із силою взаємодії людини і ядра.

визначаємо імпульс тіла

Згадаємо формулу для визначення прискорення:

У правій частині останньої рівності — зміна деякої векторної величини mv. Цю величину називають імпульсом тіла або кількістю руху.

імпульс тіла — це векторна фізична величина, яка дорівнює добутку маси тіла на швидкість його руху:

Одиниця імпульсу тіла в СІ — кілограм-метр за секунду:

Скористаємося законами Ньютона та доведемо: якщо тіла утворюють замкнену систему, їхній сумарний імпульс під час взаємодії не змінюється.

Доводимо закон збереження імпульсу

Розглянемо взаємодію двох тіл масами m 1 і m 2 (рис. 36.2). Тіла утворюють замкнену систему й рухаються зі швидкостями и01 і и02 відповідно.

У результаті взаємодії, яка триває певний інтервал часу t, обидва тіла змінюють швидкість свого руху до щ і ?2. Система замкнена, тому

причиною зміни швидкості руху кожного тіла є тільки сили ^ і І2 — внутрішні сили системи. Відповідно до третього закону Ньютона ці сили рівні за модулем і протилежні за напрямком: Р1 = -Р2.


Запишемо для кожного тіла другий закон Ньютона:

Бачимо: незважаючи на те що після взаємодії імпульс кожного тіла змінився, сумарний імпульс системи залишився незмінним — він зберігся.

Отже, закон збереження імпульсу:

У замкненій системі тіл векторна сума імпульсів тіл до взаємодії дорівнює векторній сумі імпульсів тіл після взаємодії.

Закон збереження імпульсу справджується для замкненої системи, яка містить будь-яку кількість тіл, — це фундаментальний закон фізики. У загальному вигляді закон збереження імпульсу записується так:

Із виявами закону збереження імпульсу ми постійно маємо справу в природі, техніці, побуті тощо (рис. 36.3).

Зверніть увагу: закон збереження імпульсу виконується тільки для замкненої системи тіл, тому перш ніж застосувати його для розв’язання задачі, потрібно визначити, чи є замкненою дана система.

Учимося розв'язувати задачі

Задача. Із гармати, встановленої на гладенькій горизонтальній поверхні, горизонтально випущено снаряд зі швидкістю 100 м/с. Якої швидкості руху набуде гармата після пострілу, якщо маса снаряда дорівнює 20 кг, а маса гармати — 2 т?

Аналіз фізичної проблеми. Систему тіл «снаряд — гармата» можна вважати замкненою, адже сили тертя в багато разів менші від сил, що виникають під час пострілу. Оберемо систему відліку, пов’язану з поверхнею Землі.

Виконаємо пояснювальний рисунок, на якому позначимо напрямки швидкостей руху тіл до і після взаємодії та напрямок осі ОХ:

Підбиваємо підсумки

Імпульс тіла р — це векторна фізична величина, яка дорівнює добутку маси т тіла на швидкість д його руху: р = тд.

Систему тіл можна вважати замкненою, якщо зовнішні сили, які діють на систему, зрівноважені або набагато менші за внутрішні сили системи. У замкненій системі тіл виконується закон збереження імпульсу: геометрична сума імпульсів тіл до взаємодії дорівнює геометричній сумі імпульсів тіл після взаємодії:

Контрольні запитання

"і. Яку систему можна вважати замкненою? Наведіть приклади. 2. Дайте означення імпульсу тіла. Якою є одиниця імпульсу тіла в СІ? 3. Сформулюйте закон збереження імпульсу. 4. Доведіть закон збереження імпульсу для системи двох тіл.

Вправа № 36

1. Футболіст веде м’яч масою 4,5 кг, рухаючись зі швидкістю 4 м/с відносно поверхні Землі. Визначте імпульс м’яча відносно: а) поверхні Землі; б) футболіста, який веде м’яч; в) іншого футболіста, який біжить назустріч м’ячу зі швидкістю 5 м/с.

2. Куля масою 100 г, яка рухається з деякою швидкістю, влучає в нерухому кулю масою 150 г і застрягає в ній (рис. 1). Визначте швидкість руху кулі до зіткнення, якщо після зіткнення система рухалася зі швидкістю 10 м/с.

3. Складіть і розв’яжіть задачу за даними рис. 2.

4. Із човна масою 200 кг, який рухається зі швидкістю 2 м/с, стрибає хлопчик масою 50 кг зі швидкістю 6 м/с. Визначте швидкість руху човна після стрибка, якщо хлопчик стрибає: а) з корми човна горизонтально, в бік, протилежний рухові човна; б) з носа човна горизонтально, в напрямку руху човна; в) з носа човна під кутом 60° до горизонту, в напрямку руху човна.

5. Багато хто знайомий із ситуацією: човен наблизився до берега, а людина в човні, не дочекавшись, коли човен пришвартують, встала та пішла вперед — у результаті човен відпливає від берега назад (рис. 3). Поясніть цю ситуацію з погляду закону збереження імпульсу.

Визначте відстань s, на яку відпливе човен від берега, якщо маса людини 70 кг, маса човна 130 кг, довжина І = 4 м. Опором води знехтуйте.

6. Порівняйте ваш імпульс під час бігу на 100 м з імпульсом кулі. Дані задайте самостійно.


Фізика і техніка в Україні

Кирило Дмитрович Синельников (1901-1966) — видатний український фізик-експериментатор, академік НАНУ.

К. Д. Синельников увійшов в історію науки як соратник І. В. Кур-чатова, є відомим ученим у галузі фізики діелектриків і напівпровідників, фізики атомного ядра, фізичного матеріалознавства, фізики плазми й керованого термоядерного синтезу, фізичної та електронної оптики. У 1928-1930 рр. К. Д. Синельников стажувався в Кембриджі, в лабораторії Е. Резерфорда. Протягом 1944-1965 рр. учений очолював Харківський фізико-технічний інститут. У Харкові під керівництвом К. Д. Синельникова вперше було здійснено розщеплення ядра Літію протонами.

Президія АН УРСР започаткувала премію ім. К. Д. Синельникова за видатні роботи в галузі ядерної фізики.


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.