Что такое импульс в физике простыми словами?

Импульс – это векторная физическая величина, которая является мерой механического движения тела. Узнайте, как определяется импульс тела и импульс силы, а также как они связаны между собой. Изучите важные законы сохранения импульса и примените их в решении примеров и задач. | NOCFN

Импульс – это векторная физическая величина, которая является мерой механического движения тела. Он определяется как произведение массы тела на его скорость. Импульс тела всегда сонаправлен с вектором его скорости.

Импульс тела

Импульс тела (обозначается как p) вычисляется по формуле:

$p\; =\; m\; \backslash cdot\; v$

где m – масса тела, а v – его скорость. Масса измеряется в килограммах (кг), а скорость – в метрах в секунду (м/с).

Если тело не движется, то его импульс равен нулю. Импульс тела может изменяться при взаимодействии с другими телами или под действием силы.

Импульс силы

На тело может действовать сила, которая изменяет его импульс. Импульс силы (обозначается как FΔt) определяется как произведение вектора силы F на кусочек времени Δt, в течение которого сила действует.

Формула для импульса силы выглядит следующим образом:

$F\; \backslash cdot\; \backslash Delta\; t$

где F – сила, действующая на тело, а Δt – время воздействия силы.

Если сила не действует на тело, то импульс силы равен нулю. Импульс силы может изменять импульс тела при взаимодействии.

Связь между импульсом тела и импульсом силы

Импульс тела и импульс силы связаны между собой. Согласно второму закону Ньютона, изменение импульса тела равно импульсу силы, действующей на это тело.

Формула для второго закона Ньютона выглядит так:

$F\; =\; \backslash frac\{\backslash Delta\; p\}\{\backslash Delta\; t\}$

где F – сила, Δp – изменение импульса тела, а Δt – время, в течение которого происходит изменение импульса.

Закон сохранения импульса утверждает, что в замкнутой изолированной системе сумма импульсов всех тел остается неизменной. То есть, если одно тело приобретает импульс, то другое тело должно потерять равный по модулю импульс, чтобы сохранить общую сумму импульсов.

Примеры и задачи

Пример 1:

Мальчик массой 45 кг плыл на лодке массой 270 кг в озере и решил искупаться. Остановив лодку, он спрыгнул с нее со скоростью 3 м/с. Какая будет скорость лодки после прыжка?

Для решения этой задачи мы можем использовать закон сохранения импульса. Импульс системы мальчика и лодки до прыжка равен импульсу мальчика после прыжка и импульсу лодки после прыжка.

Используя формулу импульса и подставив значения, мы можем найти скорость лодки после прыжка.

Пример 2:

Тело массой 800 г движется со скоростью 3 м/с, а встречное тело массой 200 г движется со скоростью 13 м/с. После неупругого удара тела слипаются. Какая будет скорость слипшихся тел после удара?

Для решения этой задачи мы также можем использовать закон сохранения импульса. Импульс системы тел до удара должен быть равен импульсу системы после удара.

Используя формулу импульса и подставив значения, мы можем найти скорость слипшихся тел после удара.

Важно учесть, что знак минус указывает на то, что слипшиеся тела двигаются в противоположном направлении.

Заключение

Импульс – это важное понятие в физике, которое помогает описывать и объяснять движение тел. Он связан с массой и скоростью тела, а также с силой, действующей на него. Закон сохранения импульса позволяет понять, как изменения импульса одного тела влияют на импульс другого тела в системе. Решение примеров и задач помогает отработать применение формул и понимание связи между импульсом тела и импульсом силы.

Что нам скажет Википедия?

И́мпульс (коли́чество движе́ния) — векторная физическая величина, являющаяся мерой механического движения тела.

В классической механике импульс тела равен произведению массы этого тела на его скорость, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости.

В релятивистской физике импульс вычисляется как:

$p\; =\; \backslash frac\{m\; \backslash cdot\; v\}\{\backslash sqrt\{1-\backslash frac\{v^2\}\{c^2\}\}\}$

где c — скорость света; в пределе для малых v формула переходит в классическую.

Важнейший физический закон, в котором фигурирует импульс тела, — второй закон Ньютона:

$F\; =\; \backslash frac\{\backslash Delta\; p\}\{\backslash Delta\; t\}$

здесь t — время, F — сила, приложенная к телу.

В записи через импульс закон применим не только в классической, но и в релятивистской механике.

В самом общем виде, определение звучит: импульс — это аддитивный интеграл движения механической системы, связанный согласно теореме Нётер с фундаментальной симметрией — однородностью пространства.

Понятие «импульс» имеет обобщения в теоретической механике, для случая наличия электромагнитного поля (как для частицы в поле, так и для самого поля), а также в квантовой механике.

История появления термина:

Средневековые натурфилософы, в соответствии с учением Аристотеля, полагали, что для поддержания движения непременно требуется некоторая сила, без силы движение прекращается. Часть учёных выдвинула возражение против этого утверждения: почему брошенный камень продолжает двигаться, хотя связь с силой руки утрачена?

Для ответа на подобные вопросы Жан Буридан изменил ранее известное в философии понятие «импетус». По Буридану, летящий камень обладает «импетусом», который сохранялся бы в отсутствие сопротивления воздуха. При этом «импетус» прямо пропорционален скорости. В первой половине XVII века Рене Декартом было введено понятие «количества движения». Он высказал предположение о том, что сохраняется не только количество движения одного тела, изолированного от внешних воздействий, но и любой системы тел, взаимодействующих лишь друг с другом. Валлис в 1668 году первым предложил считать количество движения не скалярной, а направленной величиной, учитывая направления с помощью знаков «плюс» и минус. В 1670 году он окончательно сформулировал закон сохранения количества движения. Закон сохранения количества движения был теоретически доказан Исааком Ньютоном через третий и второй закон Ньютона. Согласно Ньютону, «количество движения есть мера такового, устанавливаемая пропорционально скорости и массе».

Импульсом называется сохраняющаяся физическая величина, связанная с однородностью пространства (то есть инвариант относительно трансляций). Из свойства однородности пространства следует независимость лагранжиана замкнутой системы от её положения в пространстве: для хорошо изолированной системы её поведение не зависит от того, в какое место пространства она помещена. По теореме Нётер из этой однородности следует сохранение некоторой физической величины, которую и называют импульсом.