Билет №3. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Проявление закона сохранения импульса в природе и его использование в технике

Импульс тела. Закон сохранения импульса. Проявление закона сохранения импульса в природе и его использование в технике.
Согласно второму закону Ньютона независимо от того, находилось ли тело в покое или двигалось, изменение скорости его движения может происходить только под действием 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.

^ Импульс тела равен произведению массы тела на его скорость: . Направление вектора импульса р совпадает с направлением вектора скорости тела υ. Единица измерения импульса: .

Произведение силы на время ее действия называют импульсом силы - . Единица измерения импульса силы - H∙м. Изменение импульса тела равно импульсу силы, действующей на нее.

Для импульса системы тел выполняется закон сохранения, который справедлив только для замкнутых физических систем. В механике замкнутой называют систему, на которую не действуют внешние силы или действие этих сил скомпенсировано. Силы, с которыми тела системы взаимодействуют между собой, являются внутренними силами системы. Примеры замкнутых систем: ружье и пуля в его стволе; пушка и её снаряд.
^ Закон 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.

В этом случае , где - начальный импульс системы, а - конечный. В случае двух тел, входящих в систему, это выражение имеет вид: , где m_l и m₂ - массы тел, а υ₁ и υ₂ - скорости до взаимодействия, υ₁’ и υ₂’ - скорости после взаимодействия.

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.

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 υ₀ до υ, то ускорение движения а тела равно .

Ha основании второго закона Ньютона для силы F можно записать , отсюда следует .
Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения. Реактивное движение — это такое движение тела, которое возникает после отделения от тела его части. 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. 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.
^ 2. Задача на определение периода и частоты свободных колебаний в колебательном контуре.