Большинство впечатляющих технических открытий и достижений свершилось благодаря некоторым законам физики. Одним из них является закон сохранения импульса, который способствовал запуску спутников на орбиту Земли и большинству подобных достижений.
Импульс тела
Импульс тела или количество движения является векторной величиной, определяющей механическое движение тела.
В разделе классической механики импульс тела равняется произведения массы данного тела на скорость его движения:
Рисунок 1. Импульс тела. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Измеряется импульс тела в килограмм-метр в секунду.
Изменение импульса тела равняется импульсу силы.
Закон сохранения импульса: в замкнутой системе тел при любых процессах ее импульс остается неизменным:
Рисунок 2. Закон сохранения импульса. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Свойства, присущие импульсу тела:
- аддитивность - свойство импульса, состоящего из совокупности материальных точек, определяющее равенство суммарного количества импульсов всех материальных точек, которые относятся к системе;
- инвариантность - свойство, присущее к действиям по отношению к повороту системы отсчета;
- сохранение - свойство, предусматривающее отсутствие изменения импульса во время различных взаимодействий.
Как правило, изменению подвергаются только механические характеристики системы. Импульс не изменяется при взаимодействиях, изменяющих лишь механические характеристики системы.
Во время взаимодействия тел импульс одного тела способен частично или полностью переходить к другому телу. Если на систему тел не влияют внешние силы, то подобная система является замкнутой.
Замкнутая система тел
Замкнутая система тел является физической моделью, точно также, как и материальная точка.
В замкнутой системе векторная сумма импульсов тел, которые состоят в системе, является постоянной величиной вне зависимости других процессов взаимодействия тел между собой в данной системе.
Существование такой системы в реальном мире невозможно, так как убрать любое внешнее взаимодействие - нереальная задача. Эта модель системы тел предусматривает взаимодействие тел только друг с другом, а существованием внешних сил пренебрегают или вовсе не берут во внимание.
Так как в замкнутой системе отсутствуют внешние силы, то:
Рисунок 3. Замкнутая система тел. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В механике внешними силами по отношению к системе являются силы, представляющие собою действие на данную систему иных тел, которые не включаются нами в состав такой системы.
Внутренними силами считаются те силы, которые взаимодействуют между отдельными материальными точками системы.
Классификация сил на внешние и внутренние происходит условным путем: при изменении исходного состава системы некоторые силы, которые раньше были внешними, могут измениться на внутренние, и наоборот.
Закон сохранения импульса
Процессы взаимодействия тел обусловливают непрерывное изменение их координат и скорости. Также могут изменяться силы, которые действуют между этими телами. К тому же, в окружающей среде мира есть и неизменный фон, который предусмотрен благодаря законам сохранения, подтверждающие временное постоянство определенных физических величин, что определяют систему взаимодействующий тел как единое целое.
Стоит помнить о том, что закон сохранения импульса существует благодаря свойству симметрии - однородность пространства.
Если сформулировать суть закона сохранения импульса в виде определения, то оно будет звучать следующим образом: векторная сила импульсов совокупности тел закрытой системы является постоянной величиной в том случае, если суммарное количество векторов внешних сил, оказывающих влияние на систему тел, равно нулю.
Современная формулировка предполагает такое определение закона сохранения импульса: при любых процессах, которые могут происходить в замкнутой системе, ее импульс является неизменным.
В основе закона сохранения импульса лежит такое понятие, как однородность пространства, подразумевающая одинаковость свойств пространства для абсолютно всех точек.
Этот закон способствует такому явлению, как реактивное движение. Этот вид движения находит активное применение в природной среде. Такие обитатели морей, как кальмары, медузы, осьминоги, с успехом применяют его во время плавания в морских водах. Также реактивное движение применимо в технике благодаря самолетам, ракетам и космическим кораблям.
Закон сохранения импульса применим не только по отношению к системам, которые не подвергаются воздействию внешних сил. Этот закон также справедлив в тех случаях, когда суммарное количества всех внешних сил, оказывающих воздействие на системы, равняется нулю. Следовательно, отсутствие внешних сил не является обязательным условием выполнения закона сохранения импульса.
В случае, если суммарное количество внешних сил на любое направление или координатную ось проекции равно нулю, то применим закон сохранения импульса по отношению к направлению или координатной оси.
Закон сохранения импульса при решении физических задач необходим в том случае, если не требуется точное знание всех деталей движения, а в приоритете сам результат процесса взаимодействия тел - задачи о столкновении тел, к примеру.
Закон используется для рассмотрения движения тел, имеющих переменную массу. К примеру, ракеты-носители. Основная часть массы такого тела приходится на топливо. Во время полета на активном участке топливо, как правило, выгорает, следовательно, масса ракеты уменьшается.
Также закон сохранения импульса используется в таких случаях, когда понятие “ускорение” неприменимо по той или иной причине. Ведь неподвижное тело не может приобрести скорость за долю секунды, подобную ситуацию представить довольно таки трудно. Как правило, тела всегда разгоняются и скорость набирается постепенно. Но движение электронов и остальных субатомных частиц являются исключением, так как они не пребывают в промежуточном состоянии и изменение их состояние происходит скачком. Именно в таких случаях понятие “ускорение” неприменимо.
