Представь, что ты играешь с мячом на уроке физкультуры — волейбол ли это или баскетбол, совсем не важно. Важно вот что: как только ты ударяешь рукой по мячу, у него появляется импульс — то есть то, насколько сильно он ударит предмет, с которым столкнется следующим.

Даже в обычной жизни импульсом мы называем источник какой-то деятельности, порыв, толчок, некую энергию, которая управляет нашим движением. Вот и в физике импульс — это источник движения.

Импульс тела — это векторная (направленная) физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость. Чем больше масса объекта и чем быстрее он движется, тем больше его импульс.

Формула, чтобы найти значение этой величины: , где p — это импульс тела, измеряющийся в кг * м/с.

Это своего рода «чистый» импульс. О нем мы говорим в тех случаях, когда на тело не действует внешняя среда и оно, как в Первом законе Ньютона, остается в покое или движется прямолинейно и равномерно.

Здесь как нельзя кстати придется то определение импульса и та формула, о которых мы говорили выше.

В условиях реального мира не так-то просто найти тела, которые находятся в полной изоляции, — если это не период пандемии, конечно. Так что в физике мы часто говорим об импульсе не одного тела, а целой системы, состоящей из различных объектов.

Импульс системы материальных точек равен векторной сумме импульсов всех точек, составляющих систему.

Формула, по которой можно вычислить импульс системы, так же проста — нужно лишь сложить импульсы объектов этой системы:

Еще один спортивный пример: представь, что ты стоишь на доске (скейтборд, лонгборд, что угодно) и катаешься на ней без взаимодействия с внешней средой. То есть, ты не отталкиваешься ногой от земли и не сталкиваешься с бордюрами или людьми. Получается, что ни один внешний объект не влияет на твой импульс — и он остается неизменным.

В физике это объясняется законом сохранения импульса: если на тело (или систему тел) не оказывают влияния внешние силы, то импульс остается неизменным. Или на языке науки:

В замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой. 

Этот принцип физики выражается следующей формулой: , где p — импульсы тел системы, а const — константа, неизменная величина.

Кстати, вот еще несколько фактов о законе сохранения импульса.

1. На нем основана работа ракетных двигателей: они выбрасывают газы с большой скоростью, создают тягу и двигают ракету в противоположном направлении.
2. Горение топлива внутри цилиндра автомобиля создает выхлопные газы, которые выходят с высокой скоростью через выпускной клапан и обеспечивают движение.
3. В спорте (футболе, баскетболе, волейболе и других) изменения импульса во время удара или броска определяет траекторию полета мяча.
4. При авариях на дороге или столкновениях тел в космосе закон сохранения импульса помогает определить последствия и изменение скорости объектов.

Теперь, когда мы изучили теоретические основы, давай попробуем решить две несложных задачи по этой теме.

Задача 1. Импульс

Условие:

Автомобиль движется со скоростью 90 км/ч, его импульс равен 5*10^4 кг*м/с. Найдите массу автомобиля. 

Решение:

Для решения задачи воспользуемся формулой: . Для того, чтобы найти массу, нам нужно выразить ее значение: .

Теперь подставим известные нам значения скорости и импульса в формулу, чтобы найти массу автомобиля. 

Получим: 

m = 5*10^4 кг*м/с = 5*10^4 кг*м/с = 2000 кг.

         90 км/ч         25 м/с

Ответ: 2000 кг.

Задача 2. Закон сохранения импульса

Условие:

Тележка массой 400 кг движется со скоростью 4 м/с, а навстречу ей со скоростью 2 м/с едет тележка массой 60 кг. После неупругого соударения они движутся вместе. В каком направлении и с какой скоростью будут двигаться тележки?

Решение:

Для начала обратимся к изученному закону. Импульс системы до и после взаимодействия объектов должен остаться неизменным: .

Затем изобразим ось, чтобы показать взаимодействие тел и вычислить направление их дальнейшего движения. Масса и скорость первой тележки превышают массу и скорость второй, а значит, объекты продолжат двигаться в направлении первой тележки.

После этого подставим значения массы и скорости из условия задачи в формулу, учитывая направление движения тележек:

Получается, что после столкновения тела продолжат двигаться в направлении первой тележки со скоростью 0,4 м/с.

Ответ: 0,4 м/с, в направлении первой тележки.

Что такое импульс тела?

— Произведение массы тела на его силу.

— Произведение массы тела на его скорость.

— Произведение массы тела на его ускорение.

Как направлены скорость и импульс тела?

— В одну сторону.

— В противоположные стороны.

— В зависимости от контекста.

Когда выполняется закон сохранения импульса?



— Когда сумма сил, действующих на замкнутую систему, не равна нулю.

— Когда сумма сил, действующих на незамкнутую систему, равна нулю.

— Когда сумма сил, действующих на замкнутую систему, равна нулю.