Конспект по физике для 8 класса «Закон сохранения импульса». Что такое замкнутая система. Как формулируется закон сохранения импульса.
Конспекты по физике Учебник физики Тесты по физике
Закон сохранения импульса
Даже те, кто в реальной жизни никогда не имел дело с огнестрельным оружием, знают, что при выстреле возникает явление, называемое отдачей. При выстреле из ружья пуля летит вперёд, а само ружьё ударяет в плечо стреляющего человека. При выстреле из пушки снаряд летит вперёд, а само орудие откатывается назад. В этих примерах в результате взаимодействия двух тел их скорости изменяются как по модулю, так и по направлению. Следовательно, изменяется также направление и модуль импульса тел.
ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА ТЕЛ
В механике часто встречаются задачи, в которых необходимо изучить движение нескольких тел, взаимодействующих друг с другом. Например, в задачах об отдаче огнестрельного оружия. Другой пример — движение биллиардных шаров до и после их столкновения. В таких задачах принято говорить о движении системы тел.
Между телами системы действуют некоторые силы. Например, в системе соударяющихся тел — силы упругости, в системе «пушка — снаряд» — силы, создаваемые пороховыми газами.
Кроме сил, действующих между телами системы (внутренние силы), на тела могут действовать ещё силы со стороны тел, не принадлежащих системе (внешние силы).
Однако в ряде случаев всеми внешними силами можно пренебречь. Поэтому часто движения системы тел рассматриваются в предположении, что внешние силы отсутствуют.
Если два или несколько тел взаимодействуют только между собой (т. е. не подвергаются воздействию внешних сил), то эти тела образуют замкнутую систему.
При изучении движения соударяющихся биллиардных шаров надо понимать, что на них действуют сила тяжести и сила упругости стола. Однако для каждого шара обе эти силы уравновешивают друг друга и не влияют на характер движения шара. Именно поэтому шары можно рассматривать как замкнутую систему.
ИЗМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ТЕЛ
Пусть два взаимодействующих тела массой m1 и m2 образуют замкнутую систему. Запишем для них формулу третьего закона Ньютона:
Обозначим время, в течение которого тела взаимодействовали, Δt. Если до начала взаимодействия тела имели скорости υ01 и υ02, а после взаимодействия — скорости их υ1 и υ2, то импульсы сил будут соответственно равны
Выразим из этих соотношений F1 и F2 и подставим их в формулу (1). Проведя простейшие преобразования, получим
Здесь p01 + p02 — суммарный импульс шаров до их взаимодействия, p1 + p2 — суммарный импульс после взаимодействия.
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА
Из соотношения (2) видно, что, хотя импульс каждого из шаров при взаимодействии изменился, векторная сумма их импульсов после взаимодействия осталась такой же, как и до взаимодействия.
Таким образом, можно сформулировать закон сохранения импульса: векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остаётся постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел этой системы. Этот закон можно сформулировать иначе: внутренние силы не изменяют суммарный импульс системы.
Закон сохранения импульса выполняется всегда, независимо от того, как взаимодействовали тела системы. Их взаимодействие может быть как долгим, так и кратковременным. Тела при взаимодействии могут соприкасаться или нет.
Из закона сохранения импульса следует, что если два тела, составляющие замкнутую систему, покоились до начала взаимодействия, то суммарный импульс системы останется равным нулю и после взаимодействия.
Пробирка с водой, закрытая пробкой, подвешена на нитях. Если при помощи горелки начать нагревать воду в пробирке, то через некоторое время она закипит. Тогда пробка вылетит из пробирки в одном направлении, а сама пробирка отклонится в противоположную сторону. В этом случае можно говорить о явлении отдачи.
Сила, выбрасывающая пробку из пробирки и отклоняющая пробирку, обусловлена давлением пара. При стрельбе из огнестрельного оружия происходит то же самое, с той лишь разницей, что действует давление пороховых газов.
Обозначим массы пробирки и пробки m1 и m2, а их скорости υ1 и υ2 соответственно. Так как вначале система «пробирка — пробка» покоилась, то по закону сохранения импульса можно записать:
Направим ось X по направлению движения пробирки. Тогда проекция скорости пробирки будет положительной, а проекция скорости пробки — отрицательной.
Закон сохранения импульса для проекций скоростей будет выглядеть следующим образом:
Если в качестве замкнутой системы рассмотреть одно-единственное тело, то в этом случае закон сохранения импульса означает, что в отсутствие сил, действующих на тело, его импульс остаётся постоянным (скорость тела не меняется). Это означает выполнение первого закона Ньютона, или закона инерции.
Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Закон сохранения импульса».
Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).