1. Импульсом pтела называется векторная величина, равная произведению его массы m на скорость v:
.
2. Закон сохранения импульса: если система замкнута, т.е. на нее не действуют внешние тела или их воздействие уравновешено, то суммарный импульс тел, составляющих систему есть величина постоянная.
Применительно к взаимодействию двух тел массами m 1 и m 2 уравнение этого закона имеет вид
,
где v1 и v2 – скорости тел до взаимодействия; u1 и u2 – скорости после взаимодействия.
Т.к. закон записан для векторных величин, то при расчетах следует учитывать направления скорости.
3. Работа А силы F при движении тела вдоль оси ОХ из точки с координатой х1 в точку с координатой х2
,
где Fх – проекция силы на ось ОХ.
Если сила при движении тела остается постоянной, то работа
,
где S – пройденный телом путь, α – угол между силой и направлением перемещения.
4. Мощность, развиваемая телом
,
где v – скорость тела.
5. Энергия - величина, характеризующая способность тела совершать работу. Различают два вида механической энергии: кинетическую WК и потенциальную WП.
|
|
− кинетическая энергия (энергия движения) материальной точки массой m, имеющей скорость v, равна
;
− потенциальная энергия тела, находящегося в поле силы тяжести, на высоте h над выбранным уровнем отсчета
;
− потенциальная энергия тела, находящегося в поле силы упругости пружины жесткостью k при деформации D l
.
6. Полная механическая энергия системы
.
7. Закон сохранения энергии
− если на систему тел действуют неконсервативные силы трения Fтр или сопротивления Fсопр, то
,
где где Aнеконс – работа неконсервативных сил.
− если на систему не действуют силы трения и сопротивления, то ее полная механическая энергия сохраняется:
.
8. При взаимодействии тел в системе возможны:
− абсолютно упругое столкновение, при котором выполняются законы сохранения импульса и кинетической энергии (потенциальная энергия не меняется)
,
;
− абсолютно неупругое столкновение, при котором после взаимодействия тела сцепляются и двигаются вместе с одинаковой скоростью u, а часть полной механической энергии переходит в тепло Q
.
.
Пример 1.
Тело свободно падает с высоты 40 м над Землей. Какую скорость будет иметь тело в тот момент, когда его кинетическая энергия будет равна потенциальной? Силой сопротивления воздуха пренебречь.
Решение:
Раз тело свободно падает, то на высоте м скорость тела равна нулю, и тело обладает только потенциальной энергией .
В некотором промежуточном положении на высоте тело обладает потенциальной и кинетической энергией .
Так как силой сопротивления в данной задаче пренебрегаем, то на тело действуют только консервативные силы и по закону сохранения энергии или .
|
|
По условию или , тогда . После сокращения массы тела и преобразований получаем м/с.
Пример 2.
Человек массой 60 кг, стоящий на льду бросает груз массой 3 кг, придав ему скорость 10 м/с. После броска человек начинает двигаться и проезжает 5 м. Определить коэффициент трения человека о лед.
Решение:
Запишем закон сохранения импульса для системы человек-груз в момент броска. До броска импульсы человека и груза равны нулю, т.к. они покоятся. После броска груз летит в одну сторону со скоростью v1, а человек начинает двигаться в другую сторону со скоростью v2.
,
где m1 – масса груза, m2 – масса человека.
Тогда скорость человека после броска м/с.
Кинетическая энергия, полученная человеком после броска, . Проехав 5 м, человек останавливается, т.е. вся его энергия идет на работу против силы трения. Тогда по закону сохранения энергии , т.е. Н.
Известно, что сила трения , где μ – коэффициент трения, N – сила реакции опоры. Т.к. человек движется по горизонтальной поверхности, то по второму закону Ньютона в проекциях на вертикальную ось ОY .
Тогда коэффициент трения .