Izpratne par fizikas impulsu

Impulss ir atvasināts daudzums, ko aprēķina, reizinot masu, m (skalārs lielums), reizināts ar ātrumu, v (vektora daudzums). Tas nozīmē, ka impulsam ir virziens un šis virziens vienmēr ir tāds pats kā objekta kustības ātrumam. Mainīgais, ko izmanto, lai attēlotu impulsu, ir lpp. Vienādojums, lai aprēķinātu impulsu, ir parādīts zemāk.

lpp = mv

SI vienības impulsa ir kilogrami reizes metri sekundē, vai Kilograms*m/s.

Kā vektoru daudzumu impulsu var sadalīt komponentu vektoros. Ja skatāties uz situāciju uz trīsdimensiju koordinātu režģa ar norādījumiem x, y, un z. Piemēram, jūs varat runāt par impulsa komponentu, kas iet katrā no šiem trim virzieniem:

lpp_x = mv_x
lpp_y = mv_y
lpp_z = mv_z

Šos komponentu vektorus pēc tam var atjaunot kopā, izmantojot metodes vektora matemātika, kas ietver pamata izpratni par trigonometriju. Neiedziļinoties trig specifikā, pamata vektora vienādojumi ir parādīti zemāk:

lpp = lpp_x + lpp_y + lpp_z = mv_x + mv_y + mv_z

Viena no svarīgām impulsa īpašībām un iemesls, kāpēc tā ir tik svarīga, veicot fiziku, ir tā, ka tā ir konservēts daudzums. Sistēmas kopējais impulss vienmēr paliks nemainīgs neatkarīgi no tā, kādas izmaiņas sistēmā notiek (ja vien netiek ieviesti jauni impulsu nesoši objekti, tas ir).

Iemesls, kāpēc tas ir tik svarīgi, ir tāds, ka tas ļauj fiziķiem veikt sistēmas mērījumus pirms un pēc sistēmas izmaiņas un izdariet secinājumus par to, faktiski nezinot katru konkrēto sadursmes detaļu pati.

Apsveriet klasisku divu biljarda bumbiņu piemēru, kas saduras kopā. Šo sadursmes veidu sauc par elastīga sadursme. Varētu domāt, ka, lai izdomātu, kas notiks pēc sadursmes, fiziķim būs rūpīgi jāizpēta konkrētie notikumi, kas notiek sadursmes laikā. Patiesībā tas tā nav. Tā vietā jūs varat aprēķināt divu bumbiņu ātrumu pirms sadursmes (lpp_1i un lpp_2i, kur i apzīmē "sākotnējo"). To summa ir kopējais sistēmas impulss (sauksim to lpp_T, kur "T" apzīmē "kopsummu", un pēc sadursmes - kopējais impulss būs vienāds ar šo, un otrādi. Divu bumbiņu moments pēc sadursmes ir lpp_1f un lpp_1f, kur f nozīmē "fināls". Rezultātā iegūst vienādojumu:

lpp_T = lpp_1i + lpp_2i = lpp_1f + lpp_1f

Ja jūs zināt dažus no šiem impulsu vektoriem, tos varat izmantot, lai aprēķinātu trūkstošās vērtības un izveidotu situāciju. Pamata piemērā, ja zināt, ka 1. bumba bija miera stāvoklī (lpp_1i = 0), un jūs izmērāt ātrumi bumbiņu pēc sadursmes un izmanto to, lai aprēķinātu to impulsu vektorus, lpp_1f un lpp_2f, jūs varat izmantot šīs trīs vērtības, lai precīzi noteiktu impulsu lpp_2i jābūt. To var izmantot arī, lai noteiktu otrās bumbas ātrumu pirms sadursmes lpp / m = v.

Cita veida sadursme tiek saukta par neelastīga sadursme, un tos raksturo tas, ka sadursmes laikā tiek zaudēta kinētiskā enerģija (parasti siltuma un skaņas veidā). Tomēr šajās sadursmēs impulss ir saglabāts, tāpēc kopējais impulss pēc sadursmes ir vienāds ar kopējo impulsu, tāpat kā elastīgā sadursmē:

lpp_T = lpp_1i + lpp_2i = lpp_1f + lpp_1f

Kad sadursmes rezultātā abi objekti "saķeras" kopā, to sauc par a perfekti neelastīga sadursme, jo ir zaudēts maksimālais kinētiskās enerģijas daudzums. Klasisks piemērs ir lodes iešaušana koka blokā. Lode apstājas kokā, un divi objekti, kas pārvietojās, tagad kļūst par vienu priekšmetu. Iegūtais vienādojums ir:

m₁v_1i + m₂v_2i = (m₁ + m₂)v_f

Tāpat kā iepriekšējās sadursmēs, arī šis modificētais vienādojums ļauj dažus no šiem lielumiem izmantot citu aprēķināšanai. Tāpēc jūs varat nošaut koka bloku, izmērīt ātrumu, ar kādu tas kustas, kad tiek nošauts, un tad aprēķina impulsu (un līdz ar to arī ātrumu), pie kura lode kustējās pirms sadursme.

Ņūtona otrais kustības likums stāsta, ka visu spēku summa (mēs to sauksim F_summa, lai gan parastais apzīmējums ietver grieķu burtu sigma), kas iedarbojas uz objektu, ir vienāds ar masas laikiem paātrinājums objekta. Paātrinājums ir ātruma maiņas ātrums. Tas ir ātruma atvasinājums attiecībā pret laiku, vai dv/dt, aprēķina izteiksmē. Izmantojot dažus pamata aprēķinus, mēs iegūstam:

F_summa = mā = m * dv/dt = d(mv)/dt = dp/dt

Citiem vārdiem sakot, spēka summa, kas iedarbojas uz objektu, ir impulsa atvasinājums attiecībā pret laiku. Kopā ar iepriekš aprakstītajiem saglabāšanas likumiem tas nodrošina jaudīgu rīku spēkiem, kas iedarbojas uz sistēmu, aprēķināšanai.

Faktiski jūs varat izmantot iepriekš minēto vienādojumu, lai iegūtu iepriekš apspriestos saglabāšanas likumus. Slēgtā sistēmā kopējais spēks, kas iedarbojas uz sistēmu, būs nulle (F_summa = 0), un tas nozīmē, ka dP_summa/dt = 0. Citiem vārdiem sakot, kopējais impulss sistēmā sistēmā laika gaitā nemainīsies, kas nozīmē, ka kopējais impulss Lpp_summaobligāti paliek nemainīgs. Tā ir impulsa saglabāšana!