ГлавнаяФизикаИмпульс

Физика - это просто!

МЕХАНИКА
· Измерения. Системы измерений
· Перемещение
· Скорость
· Ускорение
· Нестандартные связи
· Векторы
· S, V, a - векторные величины
· Первый закон Ньютона
· Второй закон Ньютона
· Третий закон Ньютона
· Гравитация
· Трение
· Свободное падение
· Вращательное движение
· Закон всемирного тяготения
· Работа
· Энергия
· Импульс
· Закон сохранения импульса
· Измерение скорости с помощью ЗСИ
· Параметры вращательного движения
· Вращательное движение и векторы
· Момент силы
· Условие равновесного состояния
· Вращательное движение и 2 закон Ньютона
· Момент инерции протяженного объекта
· Энергия и работа при вращательном движении
· Момент импульса
· Закон Гука
· Простое гармоническое движение
· Энергия гармонического движения
· Маятниковое движение
ТЕРМОДИНАМИКА
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

Онлайн тесты по ЕГЭ

Импульс


Импульс объекта равен произведению его массы на его скорость:

P = mv

Импульс и момент импульса играют важную роль в кинематике (раздел механики, который изучает движение объектов) и динамике (изучает взаимодействие объектов). Законы кинематики и динамики описывают поведение объектов при столкновениях - в каком направлении и с какой скоростью продолжит движение тот или иной объект после столкновения. Чтобы получать ответы на подобные вопросы, необходимо хорошо представлять, что такое импульс и момент импульса.

Импульс в физике - это количество движения, приобретаемое телом под действием определенной силы за определенное время.

Очень много "импульсов" в игровых спортивных соревнованиях, когда спортсмены бьют по мячу, шайбе, бросают различные спортивные снаряды и проч. Но, наверное, "идеальным" видом спорта, на примере которого очень удобно рассматривать количество движения, является бильярд.

При ударе кием по бильярдному шару процесс передачи импульса от движущегося кия к неподвижному шару начинается в момент их соприкосновения (обозначим его t0), и заканчивается, когда кий и шар теряют контакт (t1). Для простоты допустим, что зависимость силы действия кия на шар имеет линейный характер - в момент t0 начального соприкосновения она начинает линейно возрастать до своего максимального значения (момент наибольшего контакта кия с шаром), а затем линейно убывает до нуля и в момент t1 кий и шар теряют контакт.

Надо понимать, что время соприкосновения кия с шаром достаточно мало (доли секунды), поэтому замерить характер изменения силы весьма и весьма сложно. В подобных ситуациях физика прибегает к усредненным значениям. В нашем случае изменение импульса шара Р равно произведению средней силы и времени взаимодействия шара с кием.

P = Fср·(t1-t0) = Fср·Δt (Н·с)

Поскольку сила является векторной величиной, то и импульс также является вектором, который обладает величиной и направлением, которое совпадает с направлением силы.

Изменение импульса объекта говорит об изменении характера его движения. Чем больше скорость и масса объекта, тем больше его импульс. Очень наглядно значение импульса показано в фильме "Скорость 2", когда для остановки огромного пассажирского лайнера понадобилось затратить очень много сил, несмотря на то, что скорость его была всего несколько узлов.

Работа силы и изменение импульса

Для того, чтобы объект получил импульс, к нему надо приложить силу, например, ударить ногой по мячу, при этом мяч получит некоторое ускорение:
a = Δv/Δt = (v1-v0)/(t1-t0)

Если умножить обе части равенства на массу m, получим следующее:

ma = m[Δv/Δt] = m[(v1-v0)/(t1-t0)]= F

Чтобы связать силу с импульсом, снова умножим обе части равенства на промежуток времени Δt

FΔt = Δtma = mΔt[Δv/Δt] = mΔv = m(v1-v0) =  mv1-mv0

Поскльку импульс является произведением массы объекта на его скорость (P = mv), то:

FΔt =  mv1-mv0 = P1-P0 = ΔP

Таким образом, произведение силы на время ее действия равно импульсу силы (не путать с импульсом объекта) за то же время.

Применим теорию на практике. Допустим, нам надо узнать с какой силой должен ударить нападющий мяч с 11-метровой отметки, чтобы вратарь не смог его отбить. Для этого нападающий должен попасть в нижний угол ворот, а мяч должен иметь скорость 10 м/с. Масса мяча составляет 450 г, время контакта ноги нападающего с мячом 0,1с.

На первом этапе выясняем какой импульс должен получить мяч:

ΔP = m(v1-v0) = 0,45(10-0) = 4,5 кг·м/с

Мы узнали, что импульс мяча должен быть изменен на 4,5 кг·м/с. Теперь узнаем какую силу надо приложить для этого.

FΔt =  ΔP
F =  ΔP/Δt = 4,5/0,1 = 45 Н.

Итак, для того, чтобы нападающий забил гол с пенальти, согласно условиям нашей задачи, он должен ударить по мячу с силой 45 Н.



В начало страницы