Импульс - это мера массы в движении. Любой движущийся объект имеет импульс. Согласно определению Ньютона, импульс объекта (p) является произведением массы (m) и скорости (v) объекта. В физике импульс объекта равен массе, умноженной на скорость.
Обычно импульс обозначается буквой «p», в результате чего уравнение выглядит так:
где p - импульс, m - масса, v - скорость
Из этого уравнения мы можем видеть, что скорость объекта и масса в равной степени влияют на количество импульса.
Когда мы бежим, у нас больше инерции, чем когда мы идем. Точно так же, если автомобиль и велосипед едут по улице с одинаковой скоростью, у автомобиля будет больше импульса (из-за его большей массы).
Импульс можно рассматривать как силу, когда объект движется, то есть, сколько силы он может оказывать на другой объект. Например, шар для боулинга (большая масса), толкаемый очень медленно (низкая скорость), может удариться о стеклянную дверь и не разбить ее, в то время как бейсбольный мяч (небольшая масса) может быть брошен быстро (высокая скорость) и разбить то же окно. Бейсбол имеет больший импульс, чем шар для боулинга. Потому что импульс - это произведение массы, а скорость влияет на импульс объекта. Как показано, объект с большой массой и низкой скоростью может иметь тот же импульс, что и объект с небольшой массой и большой скоростью. Пуля - еще один пример, когда импульс очень велик из-за необычайной скорости.
Импульс - это векторная величина. Векторная величина - это величина, которая полностью описывается как величиной, так и направлением. Чтобы полностью описать импульс шара для боулинга весом 5 кг, движущегося на запад со скоростью 2 м / с, мы должны включить информацию как о величине, так и о направлении шара для боулинга. Недостаточно сказать, что мяч имеет импульс 10 кг м / с; импульс мяча не описывается полностью, пока не будет дана информация о его направлении. Направление вектора импульса совпадает с направлением скорости мяча. Направление вектора скорости совпадает с направлением движения объекта. Если шар для боулинга движется на запад, то его импульс можно полностью описать, сказав, что он составляет 10 кг м / с на запад. Как векторная величина, импульс объекта полностью описывается величиной и направлением. Направление импульса показано стрелкой или вектором.
Единица импульса - кг · м / с (килограмм-метр в секунду) или Н · с (ньютон-секунда).
Импульс - Импульс - это изменение импульса, вызванное новой силой; эта сила будет увеличивать или уменьшать импульс в зависимости от направления силы; к или от объекта, который двигался ранее. Если новая сила (N) движется в направлении импульса объекта (x), импульс x будет увеличиваться; следовательно, если N движется к объекту x в противоположном направлении, x замедлится и его импульс уменьшится.
В понимании сохранения количества движения важно его направление. Импульс в системе складывается с помощью векторного сложения. Согласно правилам сложения векторов, сложение определенного количества импульса вместе с таким же количеством импульса, идущим в противоположном направлении, дает общий импульс, равный нулю. Например, при выстреле из ружья небольшая масса (пуля) движется с высокой скоростью в одном направлении. Большая масса (пушка) движется в противоположном направлении с гораздо меньшей скоростью. Отдача ружья происходит из-за сохранения количества движения. Пушка движется назад с меньшей скоростью, чем пуля, из-за ее большей массы. Импульс пули и импульс пистолета точно равны по размеру, но противоположны по направлению. Использование векторного сложения для добавления импульса пули к импульсу ружья (равного по размеру, но противоположного по направлению) дает нулевой общий импульс системы. Импульс пули орудия сохранен.
Когда два объекта сталкиваются друг с другом, это называется столкновением. В физике столкновение не обязательно должно включать аварию (например, две машины, врезавшиеся друг в друга), но может быть любым событием, когда два или более движущихся объекта оказывают друг на друга силу в течение короткого периода времени.
Есть два типа столкновений - упругие и неупругие.
Упругое столкновение - это такое столкновение, при котором кинетическая энергия не теряется. Упругое столкновение происходит, когда два объекта "отскакивают" друг от друга при столкновении.
Неупругое столкновение - это такое столкновение, при котором теряется часть кинетической энергии сталкивающихся тел. Это потому, что энергия преобразуется в другой тип энергии, например тепло или звук. Неупругие столкновения возникают, когда два объекта сталкиваются и не отскакивают друг от друга.
Примеры:
Важной теорией в физике является закон сохранения количества движения. Этот закон описывает, что происходит с импульсом при столкновении двух объектов. Закон гласит, что когда два объекта сталкиваются в замкнутой системе, общий импульс двух объектов до столкновения равен общему импульсу двух объектов после столкновения. Импульс каждого объекта может измениться, но общий импульс должен оставаться неизменным.
Например, если красный шар массой 10 кг движется на восток со скоростью 5 м / с и сталкивается с синим шаром массой 20 кг, летящим на запад со скоростью 10 м / с, каков результат ?
Сначала мы определяем импульс каждого шара перед столкновением:
Красный шар = 10 кг * 5 м / с = 50 кг м / с восток
Синий шар = 20 кг * 10 м / с = 200 кг м / с запад
Результирующий импульс будет равен обоим шарам = 150 кг · м / с к западу.
Примечание: неподвижный объект имеет импульс 0 кг м / с.
Импульс, который мы обсуждали выше, в основном является линейным импульсом. Это согласуется с нашим пониманием количества движения - большой, быстро движущийся объект имеет больший импульс, чем меньший и более медленный объект. Линейный импульс выражается как p = mv
Согласно принципу сохранения линейного импульса в отсутствие внешних сил общий импульс системы не изменяется. Импульс отдельных компонентов может и обычно изменяется, но общий импульс системы остается постоянным.
Но как насчет объектов, движущихся по кругу? Оказывается, мы не можем точно так же представить угловой момент. Угловой момент - это импульс объекта, который либо вращается, либо совершает круговое движение, и равен произведению момента инерции и угловой скорости. Угловой момент измеряется в килограммах в квадрате в секунду.
У вращающегося тела есть связанная с ним инерция, называемая моментом инерции. Момент инерции подобен массе в линейном импульсе, поскольку это сопротивление изменению скорости вращения при приложении крутящего момента (вращательного эквивалента силы).
Момент инерции зависит от:
Угловой момент выражается как L = Iω. Это уравнение является аналогом определения количества движения как p = mv. Единицы измерения количества движения - кг м / с, а единицы момента количества движения - кг м2 / с. Как и следовало ожидать, объект с большим моментом инерции I, такой как Земля, имеет очень большой угловой момент. Объект с большой угловой скоростью ω, например центрифуга, также имеет довольно большой угловой момент.
Сохранение момента количества движения объясняет многие явления. Полный угловой момент системы остается неизменным, если на нее не действует внешний крутящий момент. Скорость вращения можно изменить, просто изменив момент инерции.
Пример сохранения углового момента - когда фигуристка выполняет вращение. Чистый крутящий момент на ней очень близок к нулю, потому что между ее коньками и льдом относительно небольшое трение, а также потому, что трение проявляется очень близко к точке поворота. Следовательно, она может довольно долго крутиться. Она тоже может делать кое-что еще. Она может увеличить скорость вращения, втягивая руки и ноги внутрь. Почему втягивание рук и ног увеличивает скорость вращения? Ответ в том, что ее угловой момент постоянен из-за ничтожно малого крутящего момента на ней. Скорость ее вращения сильно увеличивается, когда она тянет руки, уменьшая ее момент инерции. Работа, которую она выполняет, чтобы тянуть руки, приводит к увеличению кинетической энергии вращения.
Есть несколько других примеров объектов, которые увеличивают скорость вращения, потому что что-то уменьшило их момент инерции. Торнадо - один из примеров. Штормовые системы, создающие торнадо, медленно вращаются. Когда радиус вращения сужается, даже в локальной области, угловая скорость увеличивается, иногда до яростного уровня торнадо. Другой пример - Земля. Наша планета родилась из огромного облака газа и пыли, вращение которого произошло за счет турбулентности в еще более крупном облаке. Гравитационные силы заставили облако сжаться, и в результате скорость вращения увеличилась.
В случае движения человека нельзя ожидать сохранения углового момента, когда тело взаимодействует с окружающей средой, когда его ступня отталкивается от земли. Космонавты, плавающие в космосе, не имеют момента количества движения относительно внутренней части корабля, если они неподвижны. Их тела будут продолжать иметь это нулевое значение, как бы они ни крутились, до тех пор, пока они не оттолкнутся от борта судна.
