Impuls tijela: Definicija i svojstva

U svakodnevnom životu, epitet "impulzivan" ponekad se koristi za opisivanje osobe koja čini spontane radnje. Međutim, neki ljudi se čak i ne sjećaju, a značajan dio čak ni ne zna s kakvom je fizičkom količinom ta riječ povezana. Što je skriveno pod pojmom "tjelesni impuls" i koja svojstva ima? Odgovore na ta pitanja tražili su veliki znanstvenici kao što su Rene Descartes i Isaac Newton.

Impuls tijela: definicija

Kao i svaka znanost, fizika radi s jasno definiranim pojmovima. U ovom trenutku, za količinu koja nosi naziv tjelesnog impulsa, usvojena je sljedeća definicija: to je vektorska veličina koja je mjera (količina) mehaničkog kretanja tijela.

Pretpostavimo da se pitanje razmatra u okviru klasične mehanike, tj. Smatra se da se tijelo kreće normalno prije nego relativističkom brzinom, što znači da je barem red veličine manje od brzine svjetlosti u vakuumu. Tada se impulsni modul tijela izračunava pomoću formule 1 (vidi sliku dolje).

Dakle, po definiciji, ta je vrijednost jednaka proizvodu tjelesne mase i njezinoj brzini, s kojom je njegov vektor ko-usmjeren.

Jedinica za mjerenje impulsa u SI (Međunarodni sustav jedinica) je 1 kg / m / s.

Odakle dolazi pojam "impuls"?

Nekoliko stoljeća prije pojavljivanja kvantitete u fizici mehaničko kretanje tijelo, smatralo se da je uzrok svakog kretanja u prostoru posebna sila - impeus.

U 14. stoljeću Jean Buridan uveo je amandmane na ovaj koncept. Predložio je da leteća kaldrma ima poticaj koji je izravno proporcionalan brzini, koja bi ostala nepromijenjena ako ne bi bilo otpora zraka. U isto vrijeme, po mišljenju ovog filozofa, tijela s većom težinom imala su sposobnost „zadržavanja“ više takve pokretačke sile.

Daljnji razvoj koncepta, kasnije nazvan impuls, dao je Reneu Descartesu, koji ga je označio riječima "količina pokreta". Međutim, nije uzeo u obzir da brzina ima smjer. Zato je teorija koju je on iznio u nekim slučajevima proturječio iskustvu i nije našao priznanje.

Činjenicu da količina kretanja mora imati i smjer, najprije je pogodio engleski znanstvenik John Wallis. To se dogodilo 1668. Međutim, trebalo mu je još nekoliko godina da formulira čuveni zakon o očuvanju zamaha. Teoretski dokaz ove činjenice, empirijski utemeljen, dao je Isaac Newton, koji je koristio treći i drugi zakon klasične mehanike koji je otkrio, nazvan po njemu.

Impuls sustava materijalnih točaka

Prvo razmotrite slučaj kada su u pitanju brzine koje su mnogo niže od brzinu svjetlosti. Zatim, prema zakonima klasične mehanike, totalni impuls sustava materijalne točke predstavlja vektorsku količinu. Ona je jednaka zbroju proizvoda njihovih masa brzinom (vidi formulu 2 na slici gore).

Istodobno, za impuls jedne materijalne točke, oni uzimaju vektorsku veličinu (formulu 3), koja je su-usmjerena s brzinom čestica.

Ako govorimo o tijelu konačne veličine, onda je najprije mentalno razbijeno na male dijelove. Stoga se sustav materijalnih točaka ponovno razmatra, međutim, njegov zamah se ne izračunava običnim zbrajanjem, već integracijom (vidi formulu 4).

Kao što vidimo, nema vremenske ovisnosti, stoga impuls sustava, na koji ne djeluju vanjske sile (ili je njihov utjecaj međusobno kompenziran), ostaje nepromijenjen u vremenu.

Dokaz zakona o očuvanju

I dalje smatramo tijelo konačne veličine sustavom materijalnih točaka. Za svaku od njih Newtonov drugi zakon je formuliran prema formuli 5.

Obratite pozornost na činjenicu da je sustav zatvoren. Zatim, sumirajući sve točke i primjenjujući Newtonov Treći zakon, dobivamo izraz 6.

Dakle, zamah zatvorenog sustava je konstantan.

Zakon konzervacije vrijedi iu onim slučajevima kada je ukupna suma sila koje djeluju na sustav izvana jednaka nuli. Odavde slijedi jedna važna posebna izjava. Navodi da je impuls tijela konstantan ako nema vanjskog utjecaja ili se kompenzira utjecaj više sila. Na primjer, u nedostatku trenja nakon štrajka štapom, pak mora zadržati svoj zamah. Ta će se situacija promatrati iako je to tijelo zahvaćeno gravitacija i potporne (ledene) reakcije, budući da su, iako su jednake veličine, usmjerene u suprotnim smjerovima, tj. međusobno se kompenziraju.

nekretnine

Impuls tijela ili materijalne točke je aditivna količina. Što to znači? Sve je jednostavno: impuls mehaničkog sustava materijalnih točaka sastoji se od impulsa svih materijalnih točaka uključenih u sustav.

Drugo svojstvo ove količine je da ostaje nepromijenjeno tijekom interakcija koje mijenjaju samo mehanička svojstva sustava.

Osim toga, impuls je nepromjenjiv u odnosu na bilo koju rotaciju referentnog sustava.

Relativistički slučaj

Pretpostavimo da govorimo o neinteraktirajućim materijalnim točkama koje imaju brzine od 10 do 8 snage ili nešto manje u SI sustavu. Trodimenzionalni impuls izračunava se po formuli 7, pri čemu pod c znači brzinu svjetlosti u vakuumu.

U slučaju kada je zatvoren, zakon očuvanja momenta je istinit. Istodobno trodimenzionalni zamah nije relativistički invarijantna veličina, budući da je prisutna njegova ovisnost o referentnom sustavu. Tu je i četverodimenzionalna opcija. Za jednu materijalnu točku određuje se formulom 8.

Impuls i energija

Te količine, kao i masa, blisko su povezane jedna s drugom. U praktičnim problemima obično se koriste odnosi (9) i (10).

Određivanje kroz de Broglieve valove

Godine 1924. postavilo se hipoteza da ne samo fotoni, već i sve druge čestice (protoni, elektroni, atomi) imaju dualnost valnih čestica. Autor je francuski znanstvenik Louis de Broglie. Ako ovu hipotezu prevedemo na jezik matematike, onda se može tvrditi da je svaka čestica s energijom i momentom povezana s valom s frekvencijom i duljinom izraženom formulama 11 i 12 (h je Planckova konstanta).

Iz posljednje relacije nalazimo da su moduli impulsa i valne duljine, označene slovom "lambda", obrnuto proporcionalne jedna drugoj (13).

Ako se razmatra čestica s relativno niskom energijom, koja se kreće brzinom koja je nesumjerljiva s brzinom svjetlosti, tada se modul impulsa izračunava na isti način kao u klasičnoj mehanici (vidi formulu 1). Prema tome, valna duljina se izračunava prema izrazu 14. Drugim riječima, ona je obrnuto proporcionalna proizvodu mase i brzine čestice, odnosno njezina momenta.

Sada znate da je impuls tijela mjera mehaničkog pokreta, a vi ste se upoznali s njegovim svojstvima. Među njima, u praktičnom smislu, posebno je važno očuvanje prava. Čak i ljudi daleko od fizike to promatraju u svakodnevnom životu. Na primjer, svi znamo da vatreno oružje i artiljerija daju povratne informacije kada ispaljuju vatru. Zakon o očuvanju zamaha jasno pokazuje igru ​​biljara. Uz to, možete predvidjeti smjer širenja lopti nakon štrajka.

Zakon je našao primjenu u izračunima potrebnim za proučavanje učinaka mogućih eksplozija, u području stvaranja mlaznih aparata, u dizajniranju vatrenog oružja, te u mnogim drugim područjima života.