У перекладі з латинської слово “імпульс” означає удар, поштовх. Людину завжди дивував ефект, вироблений ударом. Спробуємо розібрати з позиції фізики такі поняття як сила удару, імпульс сили та формулу його розрахунку.
Імпульс і його сила
У фізиці чітко розділяють такі поняття, як імпульс і сила імпульсу. Слід розуміти що імпульс – це кількість руху. Він визначається як добуток швидкості тіла на його масу:
p = m × v.
Щоб розрахувати імпульс сили, формула повинна бути доповнено поняттями сили F і часу t. Тут задіяний найважливіший закон фізики про збереження кількості руху – імпульсу.
Формула імпульсу через силу може бути представлена в наступному вигляді:
F = (m v1-m v0) / t, або m v1 – m v0 = F t,
де F – прикладена сила,
t – одиниця часу,
m – маса тіла,
v0 – початкова швидкість,
v1 – кінцева швидкість після впливу.
Таким чином, якщо початкова швидкість тіла з певною масою протягом часу збільшується під дією якої-небудь сили, то така зміна величини руху за одиницю часу буде пропорційно діючій силі. Імпульс сили, формула якого показана, демонструє другий Ньютонівський закон. З нього випливає, що при нетривалому впливі великої сили може статися таке ж зміна імпульсу, як і при тривалому впливі малої сили.
Закони фізики на прикладі удару
Дія на практиці незмінності енергії та імпульсу наочно можна продемонструвати на прикладі удару, так як явище удару широко застосовується в науці і техніці.
Матеріали поділяються на пружні і непружні. Пружні після припинення дії деформуючої сили повертаються в початкову форму. При падінні пружного предмета на пружну опору, тобто ударі, виникає пружна сила, що діє з боку опорно-уповільнююча швидкість предмета. Це і демонструє формула імпульсу сили. Фізика удару широко застосовується в промисловості.
Сила удару залежить від його тривалості і пружності опори. На жорсткій опорі тривалість удару буде менше, а середня сила – більше. При м’якій опорі – навпаки. Так, м’яка сітка, простягнута в цирку, захищає гімнаста від сильного удару.
Безумовність незмінності імпульсу
Правило збереження імпульсу дотримується при взаємодії системи тел. Якщо на таку систему не впливають зовнішні тіла, взаємодія тіл всередині такої відокремленої системи не змінить її загального імпульсу.
Закони збереження імпульсу та енергії є основними законами природи. Однак збереження імпульсу в механічних процесах завжди справедливо і безумовно. Імпульс сили і формула його розрахунку доводять це на практиці. А ось дотримання закону збереження енергії в механіці вимагає виконання деяких умов.
Якщо б можна було врахувати всі види енергії до і після удару, то стало б можливим переконатися, що навіть у разі непружного удару, закон збереження енергії дотримується. Він справедливий завжди, але існує ймовірність перетворення виду енергії з одного в інший. При практичному застосуванні це особливо важливо.
Імпульс – це векторна величина, що залежить від маси тіла і його швидкості. Імпульс сили характеризує зміна руху тіла під дією на нього певної сили протягом конкретного часу.
