24994

Импульс тела. Закон сохранения импульса в природе и технике

Шпаргалка

Физика

Импульс тела. Простые наблюдения и опыты доказывают что покой и движение относительны скорость тела зависит от выбора системы отсчета; по второму закону Ньютона независимо от того находилось ли тело в покое или двигалось изменение скорости его движения может происходить только при действии силы т. в результате взаимодействия с другими телами.

Русский

2013-08-09

137.5 KB

83 чел.

Билет3

Импульс тела. Закон сохранения  импульса в природе и технике

План ответа

1. Импульс тела. 2. Закон сохранения импульса. 3. Применение закона сохранения импульса. 4. Реактивное движение.

Простые наблюдения и опыты доказывают, что покой и движение относительны, скорость тела зависит от выбора системы отсчета; по второму закону Ньютона, независимо от того, находилось ли тело в покое или двигалось, изменение скорости его движения может происходить только при действии силы, т. е. в результате взаимодействия с другими телами. Однако существуют величины, которые могут сохраняться при взаимодействии тел. Такими величинами являются энергия и импульс.

Импульсом тела называют векторную физическую величину, являющуюся количественной характеристикой поступательного движения тел. Импульс обозначается р. Единица измерения импульса Р — кг • м/с. Импульс тела равен произведению массы тела на его скорость: р = mv. Направление вектора импульса р совпадает с направлением вектора скорости тела v (рис. 4).

Для импульса тел выполняется закон сохранения, который справедлив только для замкнутых физических систем. В общем случае замкнутой называют систему, которая не обменивается энергией и массой с телами и полями, не входящими в нее. В механике замкнутой называют систему, на которую не действуют внешние силы или действие этих сил скомпенсировано. В этом случае р1 = р2 где р1 начальный импульс системы, а р2 конечный. В случае двух тел, входящих в систему, это выражение имеет вид m1v1 + т2v2 = m1v1' + т2v2' где т1 и  т2 массы тел, а v1 и v2, — скорости до взаимодействия, v1' иv2' скорости после взаимодействия. Эта формула и является математическим выражением закона сохранения импульса: импульс замкнутой физической системы сохраняется при любых взаимодействиях, происходящих внутри этой системы. 

Другими словами: в замкнутой физической системе геометрическая сумма импульсов тел до взаимодействия равна геометрической сумме импульсов этих тел после взаимодействия. В случае незамкнутой системы импульс тел системы не сохраняется. Однако, если в системе существует направление, по которому внешние силы не действуют или их действие скомпенсировано, то сохраняется проекция импульса на это направление. Кроме того, если время взаимодействия мало (выстрел, взрыв, удар), то за это время даже в случае незамкнутой системы внешние силы незначительно изменяют импульсы взаимодействующих тел. Поэтому для практических расчетов в этом случае тоже можно применять закон сохранения импульса.

Экспериментальные исследования взаимодействий различных тел — от планет и звезд до атомов и элементарных частиц — показали, что в любой системе взаимодействующих тел при отсутствии действия со стороны других тел, не входящих в систему или равенстве нулю суммы действующих сил, геометрическая сумма импульсов тел действительно остается неизменной. 

В механике закон сохранения импульса и законы Ньютона связаны между собой. Если на тело массой т в течение времени t действует сила и скорость его движения изменяется от v0 до v, то ускорение движения a тела равно a = (v - v0)/t. На основании второго закона Ньютона для силы F можно записать F = та = m(v - v0)/t, отсюда следует Ft = mv - mv0.

Ft векторная физическая величина, характеризующая действие на тело силы за некоторый промежуток времени и равная произведению силы на время t ее действия, называется импульсом силы.

Единица импульса в СИ — Н • с.

Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения. Реактивное движение — это такое движение тела, которое возникает после отделения от тела его части.

Пусть тело массой т покоилось. От тела отделилась какая-то его часть т1 со скоростью v1. Тогда

оставшаяся часть придет в движение в противоположную сторону со скоростью v2, масса оставшейся части  т2 Действительно, сумма импульсов обоих частей тела до отделения была равна нулю и после разделения будет равна нулю:

т1v1 +m2v2 = 0, отсюда v1 = -m2v2/m1.

Большая заслуга в развитии теории реактивного движения принадлежит К. Э. Циолковскому.

Он разработал теорию полета тела переменной массы (ракеты) в однородном поле тяготения и рассчитал запасы топлива, необходимые для преодоления силы земного притяжения; основы теории жидкостного реактивного двигателя, а так же элементы его конструкции; теорию многоступенчатых ракет, причем предложил два варианта: параллельный (несколько реактивных двигателей работают одновременно) и последовательный (реактивные двигатели работают друг за другом). К. Э. Циолковский строго научно доказал возможность полета в космос с помощью ракет с жидкостным реактивным двигателем, предложил специальные траектории посадки космических аппаратов на Землю, выдвинул идею создания межпланетных орбитальных станций и подробно рассмотрел условия жизни и жизнеобеспечения на них. Технические идеи Циолковского находят применение при создании современной ракетно-космической техники. Движение с помощью реактивной струи, по закону сохранения импульса, лежит в основе гидрореактивного двигателя. В основе движения многих морских моллюсков (осьминогов, медуз, кальмаров, каракатиц) также лежит реактивный принцип.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1687. Расчет усилителя видеоконтрольного устройства 154.88 KB
  Структурная схема усилителя видеоконтрольного устройства. Составление и расчет принципиальной электрической схемы. Расчет каскада с операционным усилителем.
1688. История русского языка. Отличия раннедревнерусской системы от южнославянской 48.71 KB
  Основные отличия раннедревнерусской языковой системы от южнославянской системы, отраженной в старославянских памятниках письменности. История носовых гласных: их возникновение в праславянском языке; звуковое качество в восточнославянской диалектной зоне; время и результаты их утраты. Хронология процесса падения редуцированных в истории русского языка. Диссимиляция и упрощение групп согласных как следствие падения редуцированных.
1689. Методы исследования желез внутренней секреции 131.5 KB
  Метод избирательного разрушения или подавления инкреторных клеток в организме. Метод трансплантации эндокринных желез. Метод меченых веществ и соединений. Исследование содержания гормонов в биопробах. Наблюдение за больными с нарушенной функцией инкреторных органов.
1690. Проектирование глобальной сети ATM 305.38 KB
  В данной работе была рассмотрена сеть АТМ, которая показала загруженность сети 46,5 %, что уступает по производительности FDDI, Token Ring, Ethernet.
1691. Расчет амплитудного диодного детектора 225.99 KB
  Исследовать две практически используемые схемы амплитудного детектирования и сопоставить экспериментальные данные с теорией. Изучить основные характеристики и качественные показатели работы детектора и выявить их зависимости от параметров схемы детектора и данных сигнала.
1692. Разделение изотопов углерода методом химического изотопного обмена с термическим обращением потоков в системе СО2 - карбамат ДЭА в толуоле 9.82 MB
  Разделение изотопов углерода методом химобмена между окисью углерода и ее комплексом с водным раствором однохлористой меди и хлористого аммония. принципы оптических методов разделения изотопов. Исследование основных физико-химических свойств растворов карбаматов аминов.
1694. Особенности молекулярной биологии и генетики 300.92 KB
  Уровни организации жизни. Фундаментальные свойства живой материи. Самовоспроизведение (репродукция). Наследственность и изменчивость. Индивидуальное развитие организмов. Центральная догма молекулярной биологии. Универсальные способы передачи биологической информации.
1695. Теория стандартизации 1.29 MB
  Ответственность за несоответствие продукции требованиям технических регламентов. Информационное обеспечение технического регулирования. Методические основы стандартизации. Системы стандартизации Российской Федерации. Применение документов по стандартизации.