Пошук по сайту


Закон збереження імпульсу. Реактивний рух Імпульс сили Під терміном «імпульс»

Закон збереження імпульсу. Реактивний рух Імпульс сили Під терміном «імпульс»

Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу. Реактивний рух

1. Імпульс сили

Під терміном «імпульс» (від латин. impulsus — поштовх) в механіці розуміють імпульс сили й імпульс тіла.

Запитання до класу.

Як ви вважаєте, чи залежить результат взаємодії від часу, чи він визначається лише силою взаємодії?

Демонстрація 1.

На горизонтальну поверхню покласти сталеву кульку. Швидко пронести над нею магніт. Кулька ледве зрушить з місця (рис. 1, а). Повторити дослід, проносячи магніт уже повільно. Кулька почне рухатись за магнітом (рис. 1, б).



Демонстрація 2.

На край стола покласти аркуш паперу і поставити, на нього склянку з водою. Якщо повільно тягти папір, то склянка рухається разом з ним (рис. 2, а). Якщо ж аркуш смикнути різко, він висмикнеться з-під склянки, а склянка залишиться на місці (рис. 2, б).



Запитання до класу.

Про що свідчать ці досліди?

Взаємодія тіл залежить не тільки від сили, але й від часу її дії, тому для характеристики дії сили ввели спеціальну характеристику — імпульс сили.

Імпульс сили — фізична величина, яка є мірою дії сили за деякий інтервал часу і чисельно визначається добутком сили на час її дії:

Одиницею в СІ є ньютон-секунда (Н · с).

Імпульс сили є векторною величиною: напрям імпульсу сили збігається з напрямом сили, що діє на тіло.

2. Імпульс тіла

Уявимо собі, що кулю масою 10 г кинули зі швидкістю 5 м/с. Таку кулю можна зупинити аркушем цупкого картону чи товстою тканиною, але якщо її випустити з гвинтівки зі швидкістю 800 м/с, то навіть за допомогою трьох товстих дошок майже неможливо зупинити.

Запитання до класу.

Який висновок можна зробити з цього прикладу?

Отже, для характеристики руху недостатньо знати тільки масу тіла і швидкість. Тому як одну з мір механічного руху введено імпульс тіла (або кількість руху).

Імпульс тіла — фізична величина, яка є мірою механічного руху і чисельно визначається добутком маси тіла на швидкість його руху: .

Імпульс тіла — векторна величина, її напрям збігається з напрямом швидкості руху тіла. Одиницею в СІ є кілограм-метр за секунду () .

Якщо тіло масою m рухається зі швидкістю , а потім протягом часу взаємодіє з іншим тілом із силою процесі цієї взаємодії тіло рухалось з прискоренням : . За другим законом Ньютона: , ,

Остання формула є зв’язком між імпульсом сили і зміною імпульсу тіла.

Таким чином, зміна імпульсу тіла дорівнює імпульсу сили взаємодії.

3. Ізольована система тіл. Закон збереження імпульсу

Ізольована (або замкнена) система тіл — це система тіл, які взаємодіють тільки між собою і не взаємодіють з тілами, які не входять в цю систему.

Ізольованих систем тіл у значенні сенсі цього слова не існує, це ідеалізація. Всі тіла у світі взаємодіють. Але в ряді випадків реальні системи можна розглядати як ізольовані, виключаючи з розглядання ті взаємодії, які в даному випадку є несуттєвими.

Демонстрація 3.

Пружний удар двох кульок однакової маси, підвішених на нитках (рис. 3).



Так, вивчаючи пружний удар двох однакових кульок, систему кульок можна розглядати як ізольовану, бо в момент удару сили тяжіння кульок зрівноважені силами реакції ниток, сили опору повітря кульок малі.

Завдання класу.

Наведіть приклади інших систем, які можна вважати ізольованими.

Якщо знову звернутися до системи кульок масами m1 і m2 , які в початковий момент часу в обраній інерціальній системі відліку мають швидкості і , то через момент часу t їхні швидкості в результаті взаємодії змінилися до v1 і v2 .

Відповідно до третього закону Ньютона: ; ; .

Оскільки , то ; ;

З отриманого виразу видно, що векторна сума імпульсів тіл, які входять у замкнену систему, залишається сталою. Це і є закон збереження імпульсу.



4. Реактивний рух. Рух ракети як реактивний рух

Законом збереження імпульсу пояснюється реактивний рух.

Реактивний рух — це рух тіла, який виникає в результаті відокремлення від нього частини або викиду ним речовини з деякою швидкістю відносно тіла.

Демонстрація 4. Надути повітряну кульку, а потім відпустити. Кулька буде рухатись за рахунок газів, що з неї «витікають».

Демонстрація 5. У піддон поставити дитячу машинку і встановити на неї склянку з краном. Якщо відкрити кран, машинка поїде.

Завдання класу

Наведіть приклади реактивного руху. (Реактивний рух здійснюють літаки, які рухаються зі швидкостями в декілька тисяч кілометрів за годину, снаряди усім відомих «катюш», бойові та космічні ракети. Навіть є легкі танки для переміщення по воді. Реактивний рух притаманний деяким істотам, наприклад кальмарам, каракатицям, восьминогам.)

Розглянемо рис. 4.



Будь-яка ракета складається з трубчатого корпуса 1, закритого з одного кінця. На другому кінці розташовано сопло 2. Будь-яка ракета має паливо 3. Коли ракета стоїть нерухомо, її сумарний імпульс дорівнює нулю: паливо і корпус нерухомі. Будемо вважати, що паливо ракети згоряє миттєво і розжарені гази 4 під великим тиском вириваються назовні. При цьому корпус ракети рухається в бік, протилежний руху розжарених газів.

Нехай mгvг — проекція імпульсу газів на вертикальну вісь Oy, а mкvк — проекція корпусу ракети. За законом збереження імпульсу сума імпульсів корпусу ракети і газів, що витікають, дорівнює сумарному імпульсу ракети на старті, що, як відомо, дорівнює нулю. Відповідно ,

Звідси випливає, що корпус ракети отримує такий самий за модулем імпульс, що і гази, які вилетіли із сопла. Отже,

Знак «–» вказує на те, що напрям швидкості корпусу ракети протилежний напряму швидкості газів, що вилітають. Тому для переміщення ракети в заданому напрямі струмінь газів, що викидає ракета, треба спрямувати протилежно заданому напряму руху. Як бачимо, ракета рухається, не взаємодіючи з іншими тілами, тому вона може рухатись у космосі.

Завдання класу.

Проаналізувавши останню формулу, дайте відповідь на запитання: як можна збільшити швидкість ракети?

Швидкість ракети можна збільшити, якщо:

1) збільшити швидкість газів, що витікають із сопла ракети;

2) збільшити масу палива, що згоряє.

Але другий шлях призводить до зменшення корисної маси ракети — маси корпусу та маси вантажів, які вона перевозить.

Освоєння космосу

Особливе місце серед проектів застосування реактивного прин­ципу польоту посідає проект М. І. Кібальчича, відомого революці­онера, який, незважаючи на коротке життя (1853–1881), залишив глибокий слід в історії науки й техніки. Він, по суті, першим запро­понував не ракетний двигун, пристосований до якого-небудь уже створеного літального апарата, як це робили інші винахідники, а цілком новий (ракетодинамічний) апарат, прообраз сучасних пі­лотованих космічних засобів, у яких тяга ракетних двигунів слугує для безпосереднього створення піднімальної сили, що підтримує апарат у польоті. Літальний апарат Кібальчича мав функціонувати за принципом ракети.

Але оскільки Кібальчич потрапив до в’язниці за замах на царя Олександра II, то проект його літального апарата було виявлено лише в 1917 році в архіві департаменту поліції.

Першим, хто вирішив продовжити дослідження, був росій­ський учений К. Е. Ціолковський (1857–1935). Реактивним прин­ципом руху він почав цікавитися дуже рано. Уже в 1883 році він дав опис корабля з реактивним двигуном, а в 1903 році Ціолков­ський уперше у світі запропонував схему рідинної ракети. Ідеї Ціолковського набули загального визнання ще у 20-ті роки ХХ ст. Блискучий продовжувач його справи С. П. Корольов за місяць до запуску першого штучного супутника Землі говорив, що ідеї і праці Костянтина Едуардовича все більше привертатимуть до себе увагу — у міру розвитку ракетної техніки, у чому виявився абсо­лютно правий!

Великий внесок у теорію освоєння космосу зробив також наш співвітчизник Юрій Васильович Кондратюк. Незалежно від Ціолковського він вивів основне рівняння руху ракети, навів схему й опис багатоступеневої ракети. Найвідомішим досягненням Кон­дратюка є розрахунок оптимальної траєкторії польоту до інших планет («траса Кондратюка»). Цю ідею було реалізовано в польо­тах на Місяць серії американських космічних кораблів «Аполлон».

Запуск першого штучного супутника Землі було здійснено під керівництвом С. П. Корольова, який народився в Житомирі й на­вчався в Київському політехнічному інституті. І серед космонавтів були сини України: Павло Попович, Георгій Шонін і десятки ін­ших. Першим космонавтом незалежної України став Леонід Каде­нюк.

Наразі за допомогою космічних кораблів успішно досліджу­ються планети Сонячної системи. Міжпланетні станції «Венера», «Марс», «Вега», «Вояджер» і «Піонер» дозволили досліджувати атмосферу й поверхню Венери й Марса, отримати детальні фото­графії з відносно близької відстані всіх планет та їхніх супутників.

поділитися в соціальних мережах



Схожі:

Урок фізики в 10 класі Тема
Тема: Реактивний рух. Будова ракети. Внесок українських учених у розвиток космонавтики. Успіхи в освоєнні космічного простору

«Реактивний рух. Штучні супутники Землі. Розвиток космонавтики. Внесок...
Землі, з розвитком космонавтики, з внеском українських вчених, космонавтів у розвиток світової космонавтики

Закон україни «Про Збройні Сили України»
Збройні Сили України із необхідним рівнем їх бойової готовності та боєздатності

Тема: Вічний рух та «вічні двигуни»
Але чи даремними були ці невдачі? Виявляється, ні! Невдачі спонукали вчених по новому поглянути на проблему, що призвело, зрештою,...

Тематика бесід з попередження дитячого травматизму
Організація дорожнього руху. Правосторонній, односторонній, двосторонній рух. Правила безпеки під час переходу вулиці. Наземний,...

Ефективне функціонування сучасного ринку знаходиться в прямій залежності...
Важливим його елементом є ринкова інфраструктура, які являє собою систему підприємств І організацій, що забезпечують рух товарів,...

Наказ
Балаклійського району у зв'язку зі складною ситуацією на території області та з метою створення безпечних умов навчально-виховного...

Слово до побратимів: “Минуле, сучасне, майбутнє…”
Прийшов 2012 рік від Різдва Христового. Комусь він відкриває нові надії та обрії, комусь несе розчарування та поразки. Життя не стоїть...

Закону України "Про дорожній рух"
...

Вступ
Проте закон, що встановлює караність діяння або посилює покарання, зворотної сили не має ст. 58 тієї ж Конституції. Але те, що сказано...



База даних захищена авторським правом © 2017
звернутися до адміністрації

pravo.lekciya.com.ua
Головна сторінка