Імпульс - це вимірювання маси в русі. Будь-який об’єкт, що рухається, має імпульс. Як визначено Ньютоном, імпульс руху об’єкта (p) є добутком маси (m) та швидкості (v) об’єкта. У фізиці імпульс об’єкта дорівнює масі, помноженій на швидкість.
Зазвичай імпульс скорочують, використовуючи літеру “p”, завдяки чому рівняння виглядає так:
де p - імпульс, m - маса, v - швидкість
З цього рівняння ми бачимо, що швидкість руху об’єкта та маса однаково впливають на величину імпульсу.
Ми маємо більший імпульс, коли бігаємо, ніж коли гуляємо. Подібним чином, якщо автомобіль і велосипед їдуть по вулиці з однаковою швидкістю, машина матиме більший оберт (завдяки більшій масі).
Імпульсом можна вважати силу, коли об’єкт рухається, тобто, скільки сили він може мати на інший об’єкт. Наприклад, куля для боулінгу (велика маса), що штовхається дуже повільно (низька швидкість), може потрапити у скляні двері і не зламати їх, тоді як бейсбол (невелика маса) може бути швидко кинута (висока швидкість) і розбити те саме вікно. Бейсбол має більший імпульс, ніж м'яч для боулінгу. Оскільки імпульс - це добуток маси, а швидкість впливає на імпульс об’єкта. Як показано, об'єкт з великою масою і низькою швидкістю може мати такий же імпульс, як об'єкт з малою масою і великою швидкістю. Куля - ще один приклад, коли імпульс дуже високий через надзвичайну швидкість.
Імпульс - це векторна величина. Величина вектора - це величина, яка повністю описується як величиною, так і напрямком. Щоб повністю описати імпульс 5-кілограмової кулі для боулінгу, що рухається на захід зі швидкістю 2 м / с, ми повинні включити інформацію як про величину, так і про напрямок кулі для боулінгу. Мало сказати, що м’яч має імпульс 10 кг м / с; імпульс м’яча не описаний повністю, поки не буде надана інформація про його напрямок. Напрямок вектора імпульсу такий самий, як і напрямок швидкості кульки. Напрямок вектора швидкості той самий, що і напрямок руху об'єкта. Якщо куля для боулінгу рухається на захід, тоді його імпульс можна повністю описати, сказавши, що він становить 10 кг м / с на захід. Як векторна величина імпульс об’єкта повністю описується як величиною, так і напрямком. Напрямок імпульсу показано стрілкою або вектором.
Одиниця імпульсу становить кг м / с (кілограм метр в секунду) або Н с (Ньютон секунда).
Імпульс - імпульс - це зміна імпульсу, спричинена новою силою; ця сила буде збільшувати або зменшувати імпульс залежно від напрямку дії сили; до або від об'єкта, який рухався раніше. Якщо нова сила (N) рухається в напрямку імпульсу об’єкта (x), імпульс x збільшиться; отже, якщо N рухається до об'єкта x у протилежному напрямку, x уповільнюється, а його імпульс зменшується.
Для розуміння збереження імпульсу важливий напрямок руху. Імпульс в системі додається за допомогою векторного додавання. Згідно з правилами додавання векторів, додавання певної кількості імпульсу разом з такою ж кількістю імпульсу, що йде в зворотному напрямку, дає загальний імпульс, що дорівнює нулю. Наприклад, коли стріляють із пістолета, невелика маса (куля) рухається з великою швидкістю в одному напрямку. Більша маса (пістолет) рухається у зворотному напрямку зі значно меншою швидкістю. Віддача рушниці обумовлена збереженням імпульсу. Пістолет рухається назад із меншою швидкістю, ніж куля, через більшу масу. Імпульс кулі та імпульс гармати точно однакові за розміром, але протилежні за напрямком. Використання векторного додавання для додавання імпульсу кулі до імпульсу гармати (рівного за розміром, але протилежного за напрямком) дає загальний імпульс системи нульовий. Імпульс системи кульової кулі був збережений.
Коли два об’єкти натрапляють один на одного, це називається зіткненням. У фізиці зіткнення не повинно спричинити нещасний випадок (наприклад, два автомобілі, що врізаються один в одного), але це може бути будь-яка подія, коли два або більше рухомих об'єктів надають сили один на одного протягом короткого періоду часу.
Існує два типи зіткнень - пружне та нееластичне
Пружним зіткненням є те, при якому не втрачається кінетична енергія. Пружне зіткнення відбувається, коли два об'єкта "відскакують" один від одного при зіткненні.
Непружним зіткненням є те, при якому частина кінетичної енергії тіл, що стикаються, втрачається. Це пов’язано з тим, що енергія перетворюється на інший тип енергії, як тепло або звук. Нееластичні зіткнення трапляються, коли два об'єкти стикаються і не відбиваються одне від одного.
Приклади:
Важливою теорією у фізиці є закон збереження імпульсу. Цей закон описує, що відбувається з імпульсом при зіткненні двох об’єктів. Закон передбачає, що коли два об'єкти стикаються в закритій системі, загальний імпульс двох об'єктів до зіткнення збігається із загальним імпульсом двох об'єктів після зіткнення. Імпульс кожного об’єкта може змінюватися, але загальний імпульс повинен залишатися незмінним.
Наприклад, якщо червона куля масою 10 кг рухається на схід зі швидкістю 5 м / с і стикається із синьою кулею масою 20 кг, рухаючись на захід зі швидкістю 10 м / с, який результат ?
Спочатку ми визначаємо імпульс кожної кульки перед зіткненням:
Червона куля = 10 кг * 5 м / с = 50 кг м / с на схід
Синя куля = 20 кг * 10 м / с = 200 кг м / с на захід
Отриманий імпульс становитиме обидва кулі = 150 кг м / с на захід
Примітка: Об'єкт, що стоїть на місці, має імпульс 0 кг м / с.
Імпульс, про який ми говорили вище, в основному є лінійним імпульсом. Це узгоджується з нашим розумінням імпульсу - великий, швидко рухається об'єкт має більший імпульс, ніж менший, повільніший об'єкт. Лінійний імпульс виражається як p = mv
Відповідно до Принципу збереження лінійного імпульсу, за відсутності зовнішніх сил загальний імпульс системи не змінюється. Імпульс окремих компонентів може і зазвичай змінюється, але загальний імпульс системи залишається незмінним.
Але як щодо об’єктів, що рухаються по колу? Виявляється, ми не можемо уявити кутовий момент таким же чином. Кутовий імпульс - це імпульс об’єкта, який або обертається, або круговим рухом і дорівнює добутку моменту інерції та кутової швидкості. Імпульс кута вимірюється в кілограмах метрів у квадраті за секунду.
Обертається тіло має пов'язану з ним інерцію, яку називають моментом інерції. Момент інерції схожий на масу в лінійному імпульсі, оскільки це опір зміні швидкості обертання при застосуванні крутного моменту (обертального, еквівалентного силі).
Момент інерції залежить від:
Імпульс кута виражається як L = Iω. Це рівняння є аналогом визначення лінійного імпульсу як p = mv. Одиниці вимірювання лінійного імпульсу складають кг м / с, тоді як одиниці вимірювання кутового імпульсу - кг м2 / с. Як і слід було очікувати, об'єкт, що має великий момент інерції I, такий як Земля, має дуже великий кутовий момент. Об'єкт, що має велику кутову швидкість ω, такий як центрифуга, також має досить великий кутовий момент.
Збереження моменту імпульсу пояснює багато явищ. Загальний кутовий момент системи залишається незмінним, якщо на неї не діє зовнішній крутний момент. Швидкість обертання може змінюватися, просто змінюючи момент інерції.
Прикладом збереження кутового моменту є коли фігурист виконує спін. Чистий крутний момент на ній дуже близький до нуля, оскільки тертя між її ковзанами та льодом порівняно невелике, і тому, що тертя здійснюється дуже близько до точки повороту. Отже, вона може крутитися досить довго. Вона може робити і щось інше. Вона може збільшити швидкість обертання, втягнувши руки і ноги. Чому потягування рук і ніг збільшує швидкість обертання? Відповідь полягає в тому, що її кутовий момент постійний через чистий крутний момент на ній незначно малий. Швидкість її обертання значно зростає, коли вона тягне руки, зменшуючи момент інерції. Робота, яку вона робить, щоб тягнути на руках, призводить до збільшення обертової кінетичної енергії.
Є ще кілька прикладів об’єктів, які збільшують швидкість обертання, оскільки щось зменшувало їх момент інерції. Смерчі - один із прикладів. Штормові системи, що створюють торнадо, повільно обертаються. Коли радіус обертання звужується, навіть в локальній області, кутова швидкість зростає, іноді до шаленого рівня торнадо. Земля - ще один приклад. Наша планета народилася з величезної хмари газу та пилу, обертання якої відбулося через турбулентність у ще більшій хмарі. Гравітаційні сили змусили хмару стискатися, і в результаті швидкість обертання зросла.
У випадку руху людини не можна було б очікувати збереження кутового моменту, коли тіло взаємодіє з навколишнім середовищем, коли його нога відштовхується від землі. Астронавти, що плавають у просторі, не мають кутового моменту щодо внутрішньої частини корабля, якщо вони нерухомі. Їх тіла матимуть це нульове значення незалежно від того, як вони крутяться приблизно до тих пір, поки вони не дадуть собі відштовхуватися від борту судна.
