Реактивний рух у природі та техніці. Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу. Реактивний рух Закон збереження імпульсу для реактивного руху
Його рухи, тобто. величина.
Імпульс- Векторна величина, що збігається у напрямку з вектором швидкості .
Одиниця виміру імпульсу в системі СІ: кг м/с .
Імпульс системи тіл дорівнює векторній сумі імпульсів усіх тіл, що входять до системи:
Закон збереження імпульсу
Якщо на систему взаємодіючих тіл діють додатково зовнішні сили, наприклад, то в цьому випадку справедливе співвідношення, яке іноді називають законом зміни імпульсу:
Для замкнутої системи (за відсутності зовнішніх сил) справедливий закон збереження імпульсу:
Дія закону збереження імпульсу можна пояснити явище віддачі при стрільбі з гвинтівки або при артилерійській стрільбі. Також дія закону збереження імпульсу є основою принципу роботи всіх реактивних двигунів.
При вирішенні фізичних завдань законом збереження імпульсу користуються, коли знання всіх деталей руху не потрібно, а важливим є результат взаємодії тіл. Такими завданнями, наприклад, є завдання про зіткнення або зіткнення тел. Законом збереження імпульсу користуються при розгляді руху тіл змінної маси, таких як ракети-носії. Більшість маси такої ракети становить паливо. На активній ділянці польоту це паливо вигоряє, і маса ракети на цій ділянці траєкторії швидко зменшується. Також закон збереження імпульсу необхідний у випадках, коли поняття . Важко собі уявити ситуацію, коли нерухоме тіло набуває деякої швидкості миттєво. У звичайній практиці тіла завжди розганяються та набирають швидкість поступово. Однак при русі електронів та інших субатомних частинок зміна їхнього стану відбувається стрибком без перебування у проміжних станах. У разі класичне поняття «прискорення» застосовувати не можна.
Приклади розв'язання задач
ПРИКЛАД 1
| Завдання | Снаряд масою 100 кг, що летить горизонтально вздовж залізничної колії зі швидкістю 500 м/с, потрапляє у вагон із піском масою 10 т і застряє у ньому. Яку швидкість отримає вагон, якщо він рухався зі швидкістю 36 км/год у напрямку, протилежному до руху снаряда? |
| Рішення | Система вагон+снаряд замкнута, тому в даному випадку можна застосувати закон збереження імпульсу. Виконаємо малюнок, вказавши стан тіл до та після взаємодії.
При взаємодії снаряда та вагона має місце пружний удар. Закон збереження імпульсу у разі запишеться як: Вибираючи напрямок осі, що збігається з напрямком руху вагона, запишемо проекцію цього рівняння на координатну вісь: звідки швидкість вагона після попадання до нього снаряда:
Перекладаємо одиниці у систему СІ: т кг. Обчислимо: |
| Відповідь | Після влучення снаряда вагон рухатиметься зі швидкістю 5 м/с. |
ПРИКЛАД 2
| Завдання | Снаряд масою m=10 кг володів швидкістю v=200 м/с у верхній точці. У цій точці він розірвався на дві частини. Найменша частина масою m 1 =3 кг отримала швидкість v 1 =400 м/с у колишньому напрямку під кутом до горизонту. З якою швидкістю та в якому напрямку полетить більша частина снаряда? |
| Рішення | Траєкторія руху снаряда – парабола. Швидкість тіла завжди спрямована щодо до траєкторії. У верхній точці траєкторії швидкість снаряда паралельна осі.
Запишемо закон збереження імпульсу: Перейдемо від векторів до скалярних величин. Для цього зведемо обидві частини векторної рівності в квадрат і скористаємося формулами для: Враховуючи, що , а також що , знаходимо швидкість другого уламка: Підставивши в отриману формулу чисельні значення фізичних величин, обчислимо: Напрямок польоту більшої частини снаряда визначимо, скориставшись:
Підставивши у формулу чисельні значення, отримаємо: |
| Відповідь | Більшість снаряда полетить зі швидкістю 249 м/с вниз під кутом до горизонтального напрямку. |
ПРИКЛАД 3
| Завдання | Маса поїзда 3000 т. Коефіцієнт тертя 0,02. Якою має бути паровоз, щоб поїзд набрав швидкість 60 км/год через 2 хв після початку руху. |
| Рішення | Так як на поїзд діє (зовнішня сила), систему не можна вважати замкненою, і закон збереження імпульсу в даному випадку не виконується. Скористаємося законом зміни імпульсу: Оскільки сила тертя завжди спрямована у бік, протилежний руху тіла, в проекцію рівняння на вісь координат (напрямок осі збігається з напрямком руху поїзда) імпульс сили тертя увійде зі знаком «мінус»: |
Імпульсом тіланазивається величина, що дорівнює добутку маси тіла на його швидкість.
Імпульс позначається літерою і має такий самий напрямок, як і швидкість.
Одиниця виміру імпульсу:
Імпульс тіла обчислюється за такою формулою: , де
Зміна імпульсу тіла дорівнює імпульсу сили, що діє на нього:
Для замкнутої системи тіл виконується закон збереження імпульсу:
у замкнутій системі векторна сума імпульсів тіл до взаємодії дорівнює векторній сумі імпульсів тіл після взаємодії.
Закон збереження імпульсу є основою реактивного руху.
Реактивний рух– це такий рух тіла, що виникає після відокремлення від тіла його частини.
Для обчислення швидкості ракети записують закон збереження імпульсу
і одержують формулу швидкості ракети: =, де М - маса ракети,
10.Досліди Резерфорда з розсіювання α-часток. Ядерна модель атома. Квантові постулати Бора.
Перша модель атома була запропонована англійським фізиком Томсоном. За Томсоном, атом є позитивно зарядженою кулею, всередині якої знаходяться негативно заряджені електрони.
Модель атома Томсона була невірною, що підтвердилося у дослідах англійського фізика Резерфорда у 1906 р.
У цих дослідах вузький пучок α-часток, що випускаються радіоактивною речовиною, прямував на тонку золоту фольгу. За фольгою містився екран, здатний світитись під ударами швидких частинок.
Було виявлено, більшість α-часток відхиляється від прямолінійного поширення після проходження фольги, тобто. розсіюються. А деякі α-частки взагалі відкидаються назад.
Розсіяння α-частинок Резерфорд пояснив тим, що позитивний заряд не розподілений рівномірно по кулі, як припускав Томсон, а зосереджений у центральній частині атома атомному ядрі. При проходженні біля ядра -частка, що має позитивний заряд, відштовхується від нього, а при попаданні в ядро - відкидається назад.
Резерфорд припустив, що атом влаштований подібно до планетарної системи.
Але Резерфорд було пояснити стійкості (чому електрони не випромінюють хвилі і падають до позитивно зарядженому ядру).
Нові уявлення про особливі властивості атома сформулював датський фізик Бор у двох постулатах.
1-й постулат.Атомна система може бути тільки в особливих стаціонарних або квантових станах, кожному з яких відповідає соя енергія; у стаціонарному стані атом не випромінює.
2-й постулат.При переході атома з одного стаціонарного стану до іншого випромінюється або поглинається квант електромагнітного випромінювання.
Енергія випромінюваного фотона дорівнює різниці енергій атома у двох станах:
постійна Планка.
ІМПУЛЬСОМ ТІЛА НАЗИВАЄТЬСЯ векторна величина, що дорівнює ВИРОБНИЦТВО МАСИ ТІЛА НА ЙОГО ШВИДКІСТЬ:
За одиницю імпульсу в системі СІ прийнято імпульс тіла масою 1 кг, що рухається зі швидкістю 1 м/с. Називається ця одиниця КІЛОГРАМ-МЕТР У СЕКУНДУ(кг . м/с).
СИСТЕМА ТІЛ, ЩО НЕ ВЗАЄМОДІЮТЬ З ІНШИМИ ТІЛАМИ, ЩО НЕ ВХОДИТЬ В ЦЮ СИСТЕМУ, НАЗИВАЄТЬСЯ ЗАМКНУТОЮ.
У замкнутій системі тіл для імпульсу виконується закон збереження.
У ЗАМКНУТІЙ СИСТЕМІ ТІЛ ГЕОМЕТРИЧНА СУМА ІМПУЛЬСІВ ТІЛ ЗАЛИШАЄТЬСЯ ПОСТІЙНОЮ ПРИ БУДЬ-ЯКИХ ВЗАЄМОДІЯХ ТІЛ ЦЕЙ СИСТЕМИ МІЖ СОБІЙ.
На законі збереження імпульсу заснований реактивний рух. При згорянні палива гази, нагріті до великої температури, викидаються з сопла ракети з деякою швидкістю. При цьому вони взаємодіють із ракетою. Якщо до початку роботи двигуна сума імпульсів
|
|
де M – маса ракети; V – швидкість ракети;
m – маса викинутих газів; v – швидкість закінчення газів.
Звідси отримаємо вираз швидкості ракети:
Головна особливість реактивного двигуна в тому, що для руху йому не потрібне середовище з яким він може взаємодіяти. Тому ракета – єдиний транспортний засіб, здатний переміщатися у безповітряному просторі.
Доказав можливість використання ракет для дослідження космічного простору великий російський учений та винахідник Костянтин Едуардович Ціолковський. Він розробив схему влаштування ракети, знайшов необхідні компоненти палива. Роботи Ціолковського стали базою для створення перших космічних кораблів.
Перший у світі штучний супутник Землі був запущений нашій країні 4 жовтня 1957 року, а 12 квітня 1961 року Юрій Олексійович Гагарін став першим космонавтом Землі. Нині космічні апарати досліджують інші планети Сонячної системи, комети, астероїди. Американські астронавти висаджувалися на Місяці, готується пілотований політ на Марс. На орбіті протягом тривалого часу працюють наукові експедиції. Розроблено космічні кораблі багаторазового використання "Шатл" та "Челенджер" (США), "Буран" (Росія), ведуться роботи зі створення на орбіті Землі наукової станції "Альфа", де разом працюватимуть вчені різних країн.
Реактивний рух використовують деякі живі організми. Наприклад, кальмари та восьминоги рухаються, викидаючи струмінь води в протилежний рух бік.
4/2. Експериментальне завдання на тему «Молекулярна фізика»: спостереження зміни тиску повітря при зміні температури та об'єму.
Підключити гофрований циліндр до манометра, виміряти тиск усередині циліндра.
Помістити циліндр у посудину із гарячою водою. Що відбувається?
Стиснути циліндр. Що відбувається?
космічних досліджень. Напівпровідниковий діод, р-п - перехід та його властивості. Застосування напівпровідникових пристроїв. Завдання застосування 1 закону термодинаміки.
Імпульс тіла– це добуток маси тіла з його швидкість р = mv (кг * м/с) Імпульс тіла – кількість руху. Зміна імпульсу тіла дорівнює зміні імпульсу сили. ∆p = F∆t
Сума імпульсів тіл до взаємодії дорівнює сумі імпульсів після взаємодії АБО: Геометрична сума імпульсів тіл у замкнутій системі залишається постійною. m1v1 + m2v2 = const
Закон збереження імпульсу є основою реактивного руху – це рух, у якому частина тіла відділяється, іншу отримує додаткове прискорення.
Реактивний рух у техніці: НАПРИКЛАД (у літаках та в ракетах)
Реактивний рух у природі: НАПРИКЛАД(молюски, восьминоги). Велике значення має космічна інформація для подальшого розвитку науки та техніки. Космічні дослідження, мабуть, приведуть у найближчому майбутньому і до революційних перетворень у багатьох галузях техніки та технології, а також у медицині. Результати розробок у сфері космічної техніки знайдуть застосування під час проведення промислових і сільськогосподарських робіт, щодо глибин Світового океану і за полярних дослідженнях, у спортивних змаганнях, під час виготовлення геологічного устаткування та інших областях. Напівпровідниковий діод - напівпровідниковий прилад з одним електричним переходом та двома висновками (електродами). Електронно-дірковий перехід - це область напівпровідника, в якій має місце просторова зміна типу провідності (від електронної n-області до діркової p-області). Застосовують напівпровідникові пристрої: в автотранспортному комплексі. електронне запалення. електронний блок керування. світлодіоди: датчики, фари, світлофори тощо. Світова система позиціонування. стільникові телефони
6 Закон всесвітнього тяжіння. Сила тяжіння. Вільне падіння тел. Вага тіла. Невагомість. Магнітне поле. Магнітна індукція, лінії магнітної індукції. Сила Ампера та її застосування. Завдання застосування формул роботи чи потужності постійного струму.
Закон всесвітнього тяготінняНьютона - закон, що описує гравітаційну взаємодію у рамках класичної механіки. Цей закон було відкрито Ньютоном близько 1666 року. Він свідчить, що сила гравітаційного тяжіння між двома матеріальними точками маси і, розділеними відстанню, пропорційна обом мас і назад пропорційна квадрату відстані між ними. Сила тяжіння- Сила, що діє на будь-яке матеріальне тіло, що знаходиться поблизу поверхні Землі або іншого астрономічного тіла. Вільне падіння- рівнозмінний рух під дією сили тяжіння, коли інші сили, що діють на тіло, відсутні або зневажливо малі. Вага- Сила впливу тіла на опору (або підвіс або інший вид кріплення), що перешкоджає падінню, що виникає в полі сил тяжкості P = mg. Невагомість- стан, при якому сила взаємодії тіла з опорою (вага тіла), що виникає у зв'язку з гравітаційним тяжінням, дією інших масових сил, зокрема, сили інерції, що виникає при прискореному русі тіла, відсутня. Магнітне поле- силове поле, що діє на електричні заряди, що рухаються, і на тіла, що володіють магнітним моментом, незалежно від стану їх руху. Магнітна індукція- Векторна величина, що є силовою характеристикою магнітного поля (його дії на заряджені частинки) в даній точці простору. Визначає, з якою силою магнітне поле діє на заряд, що рухається зі швидкістю.
Лінії магнітної індукції- лінії, що стосуються яких спрямовані також як і вектор магнітної індукції в даній точці поля.
7 Явище електромагнітної індукції, використання цього явища. Закон електромагнітної індукції Правило Ленца. Робота. Хутро. Енергія. Кінетична та потенційна енергія. Закон збереження хутра. енергії. Е.З: Вимірювання загального опору електричного ланцюга при послідовному з'єднанні. Електромагнітна індукція - явище виникнення електричного тора в замкнутому контурі за зміни магнітного потоку, що проходить через нього. Вона була відкрита Майклом Фараделем. Явище ел. Мак. індукціївикористовується в електро та радіотехнічних пристроях: генераторах, трансформаторах, дроселях та ін. Закон електромагнітної індукції Фарадеяє основним законом електродинаміки, що стосується принципів роботи трансформаторів, дроселів, багатьох видів електродвигунів та генераторів. Закон говорить: для будь-якого замкнутого контуру індукована електрорушійна сила (ЕРС) дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, що проходить через цей контур, взятої зі знаком мінус. Правило Ленцавизначає напрямок індукційного струму і говорить: індукційний струм завжди має такий напрям, що він послаблює дію причини, що збуджує струм. Хутро. робота- це фізична величина, що є скалярним кількісним заходом дії сили або сил на тіло або систему, яка залежить від чисельної величини, напряму сили (сил) і від переміщення точки (точок), тіла або системи. хутро. енергіявизначає суму потенційної та кінетичної енергій, що є в компонентах механічної системи. Хутро. енергія- це енергія, пов'язана з рухом об'єкта або його становищем, здатність виконувати механічну роботу. Закон збереження хутра. енергіїстверджує, що й тіло чи система піддається дії лише консервативних сил (як зовнішніх, і внутрішніх), то повна механічна енергія цього тіла чи системи залишається постійної. В ізольованій системі, де діють лише консервативні сили, повна механічна енергія зберігається. Потенційна це потенціал тіла, вона уособлює те, яку роботу МОЖЕ здійснити тіло! А кінетична це та сила, яка вже здійснює роботу. Закон збереження енергії- Закон природи, встановлений емпірично і полягає в тому, що для ізольованої фізичної системи може бути введена скалярна фізична величина, яка є функцією параметрів системи та називається енергією, яка зберігається з часом. Оскільки закон збереження енергії належить немає конкретних величин і явищ, а відбиває загальну, застосовну скрізь і завжди, закономірність, його можна назвати не законом, а принципом збереження енергії. Потенціальна енергія- енергія яка визначається взаємним становищем тіл, що взаємодіють, або частин одного і того ж тіла. Кінетична енергія- у разі, коли тіло рухається під впливом сили, воно вже не тільки може, а й здійснює якусь роботу
8 Механічні коливання, характеристики хутра. коливань: амплітуда, період, частота. Вільні та вимушені коливання. Резонанс. Самоіндукція. Індуктивність. Енергія магнітного поля котушки. Завдання застосування закону збереження імпульсу Механічним коливанням називають точно чи приблизно повторюваний рух, у якому тіло зміщується то одну, то іншу бік від положення рівноваги. Якщо система здатна здійснювати коливальні рухи, вона називається коливальної. Властивості коливальної системи Система має положення стійкої рівноваги. При виведенні системи з положення рівноваги, в ній виникає внутрішня сила, що повертає. Система має інертність. Тому вона не зупиняється в положенні рівноваги, а проходить її. Коливання, що виникають у системі під впливом внутрішніх сил, називаються вільними. Всі вільні коливання згасають. коливання струни після удару)Коливання, що здійснюються тілами під дією зовнішніх періодично змінюються сил, називаються вимушеними (наприклад: коливання металевої заготівлі під час роботи коваля молотом). Резонанс- явище, при якому амплітуда вимушених коливань має максимум при певному значенні частоти сили, що змушує. Часто це значення близьке до частоти власних коливань, що фактично може збігатися, але це не завжди так і не є причиною резонансу. Самоіндукція- це явище виникнення ЕРС індукції у провідному контурі при зміні струму, що протікає через контур. При зміні струму в контурі змінюється пропорційно і магнітний потік через поверхню, обмежену цим контуром. Зміна цього магнітного потоку, в силу закону електромагнітної індукції, призводить до порушення в цьому контурі індуктивної ЕРС (самоіндукція). Індуктивність- коефіцієнт пропорційності між електричним струмом, поточним у якому-небудь замкнутому контурі, і магнітним потоком, створюваним цим струмом через поверхню, краєм якої є цей контур.
9 Хутро. хвилі. Довжина хвилі, швидкість поширення хвилі та співвідношення між ними. Термоядерна реакція Застосування атомної енергії. Перспективи та проблеми розвитку ядерної енергетики. Е.З: Визначення показника заломлення скляної пластини. Хутро. хвилі - це поширюються в пружному середовищі збурення (відхилення частинок середовища від положення рівноваги). Якщо коливання частинок та поширення хвилі відбуваються в одному напрямку, хвилю називають поздовжньою, а якщо ці рухи відбуваються в перпендикулярних напрямках, – поперечної. Поздовжні хвилі, що супроводжуються деформаціями розтягування та стиснення, можуть поширюватися в будь-яких пружних середовищах: газах, рідинах та твердих тілах. Поперечні хвилі поширюються у тих середовищах, де з'являються сили пружності при деформації зсуву, тобто у твердих тілах. При поширенні хвилі відбувається перенесення енергії без перенесення речовини. Швидкість, з якою поширюється обурення в пружному середовищі, називають швидкістю хвилі. Вона визначається пружними властивостями середовища. Відстань, на яку поширюється хвиля за час, що дорівнює періоду коливань у ній, називається довжиною хвилі (ламбда). Довжина хвилі- Відстань, яку хвиля встигає подолати рухаючись у просторі зі швидкістю світла за один період, який у свою чергу – величина, обернена до частоти. Чим вища частота - тим коротша довжина хвилі. Термоядерна реакція- Різновид ядерної реакції, при якій легкі атомні ядра об'єднуються в більш важкі за рахунок кінетичної енергії їхнього теплового руху. Розвиток індустріального суспільства спирається на зростаючий рівень виробництва та споживання різних видів енергії. (Різко скорочує використання природних ресурсів
10 Виникнення атомістичної гіпотези будови речовини та її експериментальні докази: дифузія, броунівський рух. Основні становища МКТ. Маса, розмір молекул. Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола. Завдання застосування формули хутро. роботи
Дифузія- це явище поширення частинок однієї речовини між частинками іншої
Броунівський рух- цей рух нерозчинні в рідині частинок під дією молекул рідини Молекулярно-кінетичною теорією називають вчення про будову та властивості речовини на основі уявлення про існування атомів та молекул як найменших частинок хімічних речовин В основі молекулярно-кінетичної теоріїлежать три основні положення: .Всі речовини - рідкі, тверді та газоподібні - утворені з найдрібніших частинок - молекул, які самі складаються з атомів. . Атоми і молекули перебувають у безперервному хаотичному русі. Частинки взаємодіють одна з одною силами, що мають електричну природу. Гравітаційна взаємодія між частинками дуже мало. m 0 – маса молекули (кг). Розмір молекули дуже малий. Електрорушійна сила сил, тобто будь-яких силнеелектричного походження, що діють у квазістаціонарних ланцюгах постійного чи змінного струму.
Закон Ома для повного ланцюга- сила струму в ланцюзі пропорційна діючої в ланцюзі ЕРС і обернено пропорційна сумі опорів ланцюга і внутрішнього опору джерела.
11 Електромагнітні хвилі та властивості. Принцип радіозв'язку. Винахід радіо, сучасні засоби зв'язку Температура та її вимір Абсолютна температура. Температура – міра середньої кінетичної енергії рух молекул. Е.З: Вимір оптичної сили збирає лінзи.
Електрорушійна сила- скалярна фізична величина, що характеризує роботу сторонніх сил, тобто будь-яких силнеелектричного походження, що діють у квазістаціонарних ланцюгах постійного чи змінного струму. Влаштування загальних схем організації радіозв'язку. Характеристика радіосистеми передачі, у якій сигнали електрозв'язку передаються у вигляді радіохвиль у відкритому просторі. Радіо- різновид бездротової передачі інформації, при якій як носій інформації використовуються радіохвилі, що вільно розповсюджуються в просторі. 7 травня 1895 року російський фізик Олександр Степанович Попов (1859 – 1905/06) продемонстрував перший у світі радіоприймач. Сучасні засоби зв'язку-Це телефон, рація і тд. Температура- фізична величина, що характеризує тепловий стан тел. Температура вимірюється у градусах.
Абсолютна температура - це безумовна міра температури і одна з основних характеристик
термодинаміки. Температура- міра середньої кінетичної енергії молекул, енергія
пропорційна температурі.
12 Робота в термодинаміці. Внутрішня енергія. Перший та другий закони термодинаміки. Генератор змінного струму Трансформатори. Виробництво та передача електроенергії, енергозбереження у побуті та на виробництві. Е.З: Вимірювання прискорення вільного падіння у цій точці землі.
У термодинаміцірух тіла як цілого не розглядається, йдеться про переміщення частин макроскопічного тіла один щодо одного. В результаті може змінюватися об'єм тіла, а його швидкість залишається рівною нулю . Робота в термодинаміцівизначається так само, як і в механіці, але вона дорівнює не
зміни кінетичної енергії тіла, а зміни його внутрішньої енергії. Внутрішня енергіятіла (позначається як E або U) - повна енергія цього тіла за вирахуванням кінетичної енергії тіла як цілого та потенційної енергії тіла у зовнішньому полі сил. Отже, внутрішня енергія складається з кінетичної енергії хаотичного руху молекул, потенційної енергії взаємодії між ними та внутрішньомолекулярної енергії. Перший закон термодинамікиЗміна U внутрішньої енергії неізольованої термодинамічної системи дорівнює різниці між кількістю теплоти Q, переданої системі, і роботою A, досконалою системою над зовнішніми тілами.
Другий закон термодинаміки. Неможливо перевести теплоту від холоднішої до гарячішої за відсутності інших одночасних змін в обох системах або навколишніх тілах. генератор змінного струму це прилад, що виробляє змінний струм.
Трансформатор- це Пристрій, що служить зниження або підвищення струму чи напруги. Енергозбереження – створення нових технологій, які споживають менше енергії (нові лампи та ін.)
Теплові двигуни ККД теплових двигунів. Теплові двигуни та екологія. Радіолокація, застосування радіолокації. Експериментальне завдання: Вимірювання довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки.
Тепловий двигун- пристрій, що здійснює роботу за рахунок використання внутрішньої енергії, теплова машина, що перетворює тепло на механічну енергію, використовує залежність теплового розширення речовини від температури.
Коефіцієнтом корисної дії (ККД) теплового двигунаназивають відношення роботи A´, що здійснюється двигуном, до кількості теплоти, отриманої від нагрівача:
Безперервний розвиток енергетики, автомобільного та інших видів транспорту, зростання споживання вугілля, нафти та газу в промисловості та на побутові потреби збільшує можливості задоволення життєвих потреб людини. Проте в даний час кількість хімічного палива, що щорічно спалюється в різних теплових машинах, настільки велика, що все більш складною проблемою стає охорона природи від шкідливого впливу продуктів згоряння. Негативний вплив теплових машин на довкілля пов'язане з дією різних факторів.
Радіолокація- галузь науки і техніки, що поєднує методи та засоби локації (виявлення та вимірювання координат) та визначення властивостей різних об'єктів за допомогою радіохвиль.
Ракети з наведенням радіолокації оснащуються для виконання бойових завдань спеціальними автономними пристроями. Океанські судна використовують радіолокаційні системи для навігації. На літаках радіолокатори використовують для вирішення низки завдань, у тому числі для визначення висоти польоту щодо землі.
Закон збереження імпульсу
У підрозділі (5.8) було введено поняття імпульсу довільного тіла та отримано рівняння (5.19), що описує зміну імпульсу під дією зовнішніх сил. Оскільки зміна імпульсу обумовлена лише зовнішніми силами,то рівняння (5.19) зручно застосовувати для опису взаємодій кількох тіл. При цьому ті тіла, що взаємодіють, розглядають як одне складне тіло (систему тіл). Можна показати, що імпульс складного тіла (системи тіл) дорівнює векторній сумі імпульсів його частин:
p = p 1 + p 2 + ... (9.13)
Для системи тіл рівняння виду (5.13) записується без будь-яких змін:
dp = F dt.(9.14)
Зміна імпульсусистеми тіл дорівнює імпульсу діючих її у зовнішніх сил.
Розглянемо деякі приклади, що ілюструють дію цього Закону.
На рис. 9.10 а спортсменка стоїть, спираючись правою ногою на скейтборд, а лівою відштовхується від землі. Досягнута при поштовху швидкість залежить від сили поштовху та від часу, протягом якого ця сила діє.
На рис. 9.10 б зображений метальник списа. Швидкість, яку набуде спис цієї маси, залежить від сили, прикладеної рукою спортсмена та від часу, протягом якого вона прикладена.
Мал. 9.10.а) Спортсменка на скейтборді; б) метальник списа
Мал. 9.11.
Штовхання ядра
Тому перед кидком списа спортсмен заносить руку далеко назад. Більш детально подібний процес розібраний на прикладі спортсмена, що штовхає ядро, рис. 9.11.
З рівності (9.14) випливає одне важливе для практичного застосування слідство законом збереження імпульсу.Розглянемо систему тіл, яку не діють зовнішні сили. Таку систему називають замкнутої.
Система тіл, які взаємодіють лише між собою та не взаємодіють з іншими тілами, називається замкнутої.
Для такої системи зовнішніх сил немає (F = 0 та dp = 0). Тому має місце закон збереження імпульсу.
Векторна сума імпульсів тіл,що входять до замкнутої системи, залишається незмінною (Зберігається).
Іншими словами, для будь-яких двох моментів часу імпульси замкнутої системи однакові:
p 1 = p 2(9.15)
Закон збереження імпульсу - це фундаментальний закон природи, який не знає жодних винятків. Він абсолютно точно дотримується і в макросвіті, і в мікросвіті.
Звісно, замкнута система - це абстракція, оскільки практично завжди зовнішні сили є. Однак для деяких типів взаємодій з дуже малою тривалістю наявністю зовнішніх сил можна знехтувати, тому що при малому інтервалі дії імпульс сили вважатимуться рівним нулю:
F·dt 0→dp 0.
До процесів малої тривалості відносяться
Зіткнення рухомих тіл
Розпад тіла на частини (вибух, постріл, кидок).
Приклади
У бойовиках часто є сцени, в яких після влучення кулі людину відкидає по ходу пострілу. На екрані виглядає досить ефектно. Перевіримо, чи це можливо? Нехай маса людей М=70 кг і він у момент потрапляння кулі перебуває у стані спокою. Масу кулі приймемо рівною т = 9 г, а її швидкість v = 750 м/с. Якщо вважати, що після потрапляння кулі людина починає рухатися (насправді цьому може завадити сила тертя між підошвами і підлогою), то для системи людина-куля можна записати закон збереження імпульсу: р 1 = р 2.Перед потраплянням кулі людина не рухається і відповідно до (9.9) імпульс системи р 1 = m∙v+0. Вважатимемо, що куля застряє в тілі. Тоді кінцевий імпульс системи р 2 = (М + т)∙і,де і- Швидкість, яку отримала людина при попаданні кулі. Підставивши ці висловлювання до закону збереження імпульсу, отримаємо:
Отриманий результат показує, що про якесь відлітання людини на кілька метрів не може бути й мови (до речі, тіло, кинуте вгору зі швидкістю 0,1 м/с, підніметься на висоту всього 0,5 мм!).
2) Зіткнення хокеїстів.
Два хокеїсти масою М 1і М 2рухаються назустріч один одному зі швидкостями, відповідно, v 1, v 2(Рис. 9.12). Визначити загальну швидкість їхнього руху, вважаючи зіткнення абсолютно непружним(при абсолютно непружному ударі тіла "зчіплюються" і рухаються далі як одне ціле).
Мал. 9.12.Абсолютно непружне зіткнення хокеїстів
Застосуємо закон збереження імпульсу до системи, що з двох хокеїстів. Імпульс системи перед зіткненням p 1 =M 1 ∙v 1- M 2 v 2.У цій формулі стоїть знак "-" тому, що швидкості v 1і v 2спрямовані назустріч один одному. Напрямок швидкості v 1вважається позитивним, а напрямок швидкості v 2- Негативним. Після непружного зіткнення тіла рухаються із загальною швидкістю vта імпульс системи р 2 = (M l + M 2)?Запишемо закон збереження імпульсу та знайдемо швидкість v:
Напрямок швидкості vвизначається її знаком.
Звернімо увагу на одну важливу обставину: закон збереження імпульсу можна застосовувати лише до вільним тілам.Якщо рух одного з тіл обмежений зовнішніми зв'язками, то загальний імпульс не зберігатиметься.
Реактивний рух
На використанні закону збереження імпульсу засновано реактивний рух. Так називають рух тіла, що виникає при відділенні від тіла з якоюсь швидкістю певної частини. Розглянемо реактивний рух ракети. Нехай ракета та її маса разом із паливом М спочиває.Початковий імпульс ракети з паливом дорівнює нулю.При згорянні порції палива маси тутворюються гази, які викидаються через сопло зі швидкістю та. За законом збереження імпульсу загальний імпульс ракети та палива зберігається: р 2 = p 1→ т∙і +(М – m)∙v = 0, де v- Швидкість, отримана ракетою. З цього рівняння знаходимо: v = ─т∙і /(М ─ т).Ми бачимо, що ракета набуває швидкості, спрямованої у бік протилежної напрямку викиду газу. У міру згоряння палива швидкість ракети безперервно зростає.
Прикладом реактивного руху є віддача при пострілі з гвинтівки. Нехай гвинтівка, маса якої m 1 = 4,5 кг, стріляє кулею масою т 2 = 11 г, що вилітає зі швидкістю v 1 = 800 м/с. Із закону збереження імпульсу можна вирахувати швидкість віддачі:
Така значна швидкість віддачі виникне, якщо гвинтівка не притиснута до плеча. І тут стрілок отримає сильний удар прикладом. При правильній техніці пострілу стрілок притискає рушницю до плеча і віддачу приймає все тіло стрільця. При масі стрілка 70 кг швидкість віддачі в цьому випадку дорівнюватиме 11,8 см/с, що цілком допустимо.