 |
|
Імпульс. Закон збереження імпульсу
Розділ 3
Закони збереження в механіці
З практичного досвіду ми знаємо, що всі навколишні тіла перебувають у безпосередньому або відносному русі, постійно взаємодіють між собою. При цьому змінюються характеристики руху – координати та швидкість. Різноманітними є і вияви взаємодій між тілами. Вони можуть бути тривалими, як, наприклад, дія сили земного тяжіння на тіло. Величину такої взаємодії визначають, вимірюючи силу, з якою тіло діє на опору чи підвіс. Для невеликих тіл цю силу, яку називають вагою, визначають, наприклад, за допомогою пружинного динамометра. Значно складніше виявити особливості та виміряти значення сил під час короткотривалих взаємодій, таких, наприклад, як удар молотка по цвяху, під час його забивання, чи футболіста по футбольному м’ячу; взаємодія більярдних кульок, виліт снаряда зі ствола гармати, ядерні реакції тощо. Навіть знаючи початкові характеристики руху тіл при короткочасній їх взаємодії досить складно вивчати та вимірювати сили, з якими тіла діють на інші тіла. При цьому не завжди вдається застосовувати закони динаміки (закони Ньютона) та їх прояви для конкретних випадків…
…З давніх-давен людина, спочатку інтуїтивно, а потім на основі багаторічних спостережень, дійшла висновку, що тіла, які знаходяться в постійній круговерті, повинні мати властивості, які не змінюються. Так, рухоме тіло, взаємодіючи з нерухомим, може саме зупинитися, «передаючи» рух іншому тілу. Рух одного виду переходить в інший, і, загалом, цей процес є нескінченним у природі. Існують фізичні величини, якими характеризується рух і які зберігаються за певних умов. Такими величинами в механіці є імпульс та енергія. Властивість імпульсу та енергії зберігатися і є одним із фундаментальних законів як у механіці, так і в цілому у фізиці.
Вивчення і використання законів збереження імпульсу та енергії в механічних процесах дає можливість значно спростити розв’язання багатьох задач та визначення особливостей руху тіл, що взаємодіють, зокрема без використання законів Ньютона.
Імпульс. Закон збереження імпульсу
Замкнута система тіл. Імпульс тіла. Імпульс сили. Закон збереження імпульсу.
Замкнута система тіл. Будь-які фізичні явища, як природні, так і штучно відтворені людиною, є наслідком і причиною постійних взаємодій між тілами. Взаємодіють Сонце і планети, Земля і Місяць, різноманітні тіла, що оточують людину в повсякденному житті. Одні взаємодії є досить значними і їх потрібно враховувати. Інші, настільки незначні, що ними можна знехтувати, вирішуючи як практичні завдання, так і розв’язуючи фізичні задачі. Так, досліджуючи рух певного тіла, враховують притягання до Землі, і не враховують гравітаційну взаємодію з іншими тілами. Ця взаємодія для тіл порівняно невеликих мас є такою незначною (наприклад, тіла масами 1 та 10 тонн, розташовані на відстані 1 м, притягуються одне до одного силою приблизно 0,7 мН), що її можна не враховувати, визначаючи швидкість та прискорення цих тіл.
Вивчаючи у попередніх параграфах рух тіла під дією сили тяжіння, ви враховували взаємодію між тілами та Землею, і не враховували його взаємодію з іншими тілами, велика кількість яких знаходилася поруч. При цьому спеціально були виділені тіла, що утворили окрему, так звану замкнену або ізольовану систему.
Замкнутою або ізольованою називають систему, в якій тіла, що входять до неї, взаємодіють між собою, і не взаємодіють з тілами, які до цієї системи не входять, або такі взаємодії є незначними і їх не враховують.
Важливість замкнутих (ізольованих) систем у механіці та й у фізиці загалом, визначається тим, що саме в них залишаються незмінними фізичні величини, зокрема, такі характеристики механічного руху, як імпульс та енергія.
Імпульс тіла. За другим законом Ньютона, важливими характеристиками руху тіла є його маса і швидкість, зміну якої характеризує прискорення. Тіла однієї й тієї самої маси, що мають різні швидкості, рухаються по-різному. Маленька піщинка, що з прискоренням вільного падіння осідає на руку, майже не відчутна. Ця ж піщинка, приведена в рух ураганом, може пошкодити паперову перепону і навіть тонке скло.
Аналогічно по різному рухаються й тіла, що мають однакові швидкості, але різні маси. Куля масою 10 кг, рухаючись з порівняно невеликою швидкістю, досить легко може деформувати чи навіть пробити гіпсокартонну або дерев’яну стіну. Тоді як куля масою 100 г, що рухається з такою самою швидкістю, зупиниться, досягнувши перешкоди, або рухатиметься у зворотний бік. Такі принципові відмінності в русі тіл зумовлені наявністю крім маси та швидкості ще однієї важливої характеристики руху – його кількості, яку у фізиці називають імпульсом.