Пенза, 2015-2016

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Гимназия № 53» г. Пензы

(МБОУ «Гимназия № 53 г. Пензы)

Ул. Попова 14, г. Пенза, 440046

Телефон (8-412)54-32-03, 54-30-32, E-mail: school53@guoedu.ru

ОКПО 24020409, ОГРН 1025801443568

ИНН/КПП 5837009907/583701001

Дистанционный мультимедийный

Интернет - проект

«Физика в рекламе»

ПОРТФОЛИО ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ

Рекламное агентство

«Импульс»

Пенза, 2015-2016

ПОРТФОЛИО ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ «ИМПУЛЬС»

Импульс (с лат. толкать, двигать) – векторная физическая величина, являющаяся мерой механического движения тела. В классической механике импульс тела нравен произведению массы m этого тела на его скорость v, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости: В другом определении, импульс – это аддитивный интеграл движения механической системы, связанной согласно теореме Нетёр с фундаментальной симметрией – однородностью пространства.

В XIV веке Жан Буридан изменил ранее известное в философии понятие «импетус». По Буридану, летящий камень обладает «импетусом», который сохранялся бы в отсутствие сопротивления воздуха. При этом импетус прямо пропорционален скорости. В другом месте он пишет о том, что тела с большим весом способны вместить больше импетуса.

В первой половине XVII века Рене Декартом было введено понятие «количества движения». Он высказал предположение о том, что сохраняется не только количество движения одного тела, изолированного от внешних воздействий, но и любой системы тел, взаимодействующих лишь друг с другом. Физическое понятие массы в то время ещё не было формализовано, и Рене Декарт определил количество движения как произведение «величины тела на скорость его движения». Под скоростью Декарт подразумевал абсолютную величину (модуль) скорости, не учитывая её направление. Поэтому теория Декарта согласовывалась с опытом лишь в некоторых случаях (например, Валлис, Рен и Гюйгенс в 1668 году использовали её для абсолютно упругого столкновения в системе центра масс). Джон Валлис в 1668 году первым предложил считать количество движения не скалярной, а направленной величиной, учитывая направления с помощью знаков «плюс» и минус»^[1]. В 1670 году он окончательно сформулировал закон сохранения количества движения. Экспериментальным доказательством закона послужило то, что новый закон позволял рассчитывать неупругие удары, а также удары в любых системах отсчёта.

Закон сохранения количества движения был теоретически доказан Исааком Ньютоном через третий и второй закон Ньютона. Согласно Ньютону, «количество движения есть мера такового, устанавливаемая пропорционально скорости и массе».

Свойства импульса:

• Аддитивность. Это свойство означает, что импульс механической системы, состоящей из материальных точек, равен сумме импульсов всех материальных точек, входящих в систему.
• Инвариантность по отношению к повороту системы отсчета.
• Сохранение. Импульс не изменяется при взаимодействиях, изменяющих лишь механические характеристики системы. Это свойство инвариантно по отношению к преобразованиям Галилея Свойства сохранения кинетической энергии, сохранения импульса и второго закона Ньютона достаточно, чтобы вывести математическую формулу импульса.

Закон сохранения импульса:

Закон сохранения импульса вытекает из третьего закона Ньютона.

Нужно помнить, что этот закон действует только в замкнутой, или изолированной, физической системе. А замкнутой называют такую систему, в которой тела взаимодействуют только между собой и не взаимодействуют с внешними телами.

Представим замкнутую систему из двух физических тел. Силы взаимодействия тел друг с другом называют внутренними силами.

Импульс силы для первого тела равен

Согласно третьему закону Ньютона силы, которые действуют на тела при их взаимодействии, равны по величине и противоположны по направлению.

Следовательно, для второго тела импульс силы равен

Путём простых вычислений получаем математическое выражение закона сохранения импульса:

,

где m₁ и m₂ – массы тел,

v₁ и v₂ – скорости первого и второго тел до взаимодействия,

v₁' и v₂' – скорости первого и второго тел после взаимодействия.

_{p1 = m1 · v1} - импульс первого тела до взаимодействия;

_{p2 = m2 · v2} - импульс второго тела до взаимодействия;

p ₁'= m₁ · v₁' - импульс первого тела после взаимодействия;

p₂ '= m₂ · v₂' - импульс второго тела после взаимодействия;

То есть

p₁ + p₂ = p₁' + p₂'

В замкнутой системе тела только обмениваются импульсами. А векторная сумма импульсов этих тел до их взаимодействия равна векторной сумме их импульсов после взаимодействия.

Так, в результате выстрела из ружья импульс самого ружья и импульс пули изменятся. Но сумма импульсов ружья и находящейся в нём пули до выстрела останется равной сумме импульсов ружья и летящей пули после выстрела.

При стрельбе из пушки возникает отдача. Снаряд летит вперёд, а само орудие откатывается назад. Снаряд и пушка – замкнутая система, в которой действует закон сохранения импульса.

Импульс каждого из тел в замкнутой системе может изменяться в результате их взаимодействия друг с другом. Но векторная сумма импульсов тел, входящих в замкнутую систему, не изменяется при взаимодействии этих тел с течением времени, то есть остаётся постоянной величиной. Это и есть закон сохранения импульса.

Более точно закон сохранения импульса формулируется следующим образом: векторная сумма импульсов всех тел замкнутой системы – величина постоянная, если внешние силы, действующие на неё, отсутствуют, или же их векторная сумма равна нулю.

Импульс системы тел может измениться только в результате действия на систему внешних сил. И тогда закон сохранения импульса действовать не будет.

Нужно сказать, что в природе замкнутых систем не существует. Но, если время действия внешних сил очень мало, например, во время взрыва, выстрела и т.п., то в этом случае воздействием внешних сил на систему пренебрегают, а саму систему рассматривают как замкнутую.

Кроме того, если на систему действуют внешние силы, но сумма их проекций на одну из координатных осей равна нулю, (то есть силы уравновешены в направлении этой оси), то в этом направлении закон сохранения импульса выполняется.

Закон сохранения импульса называют также законом сохранения количества движения.

Самый яркий пример применения закона сохранения импульса – реактивное движение. Реактивным движением называют движение тела, которое возникает при отделении от него с определённой скоростью какой-то его части. Само тело получает при этом противоположно направленный импульс.

Колыбель Ньютона.

Механическая система, названная в честь Исаака Ньютона для демонстрации преобразования энергии различных видов друг в друга: кинетической в потенциальную и наоборот. В отсутствие противодействующих сил (трения) система могла бы действовать вечно, но в реальности это недостижимо.

«Колыбель ньютона» можно изготовить самостоятельно. Шарики надо подвешивать близко друг к другу на нити, чтобы плоскость колебаний шариков сохранялась постоянной, и удары были центральными.