Импульс в физике: значение, импульс силы, формула расчета

В переводе с латинского слово "импульс" означает удар, толчок. Человека всегда удивлял эффект, производимый ударом. Попробуем разобрать с позиции физики такие понятия как сила удара, импульс силы и формулу его расчета.

Импульс и его сила

В физике четко разделяют такие понятия, как импульс и сила импульса. Следует понимать что импульс – это количество движения. Он определяется как произведение скорости тела на его массу:

p = m × v.

Чтобы рассчитать импульс силы, формула должна быть дополнена понятиями силы F и времени t. Здесь задействован важнейший закон физики о сохранении количества движения – импульса.

Формула импульса через силу может быть представлена в следующем виде:

F = (m v₁-m v₀) / t, или m v₁ - m v₀ = F t,

где F – приложенная сила,

t – единица времени,

m – масса тела,

v₀ – начальная скорость,

v₁ – конечная скорость после воздействия.

Таким образом, если начальная скорость тела с определенной массой в течение времени увеличивается под действием какой-либо силы, то такое изменение величины движения за единицу времени будет пропорционально действующей силе. Импульс силы, формула которого показана, демонстрирует второй Ньютоновский закон. Из него следует, что при непродолжительном воздействии большой силы может произойти такое же изменение импульса, как и при продолжительном воздействии малой силы.

Законы физики на примере удара

Действие на практике неизменности энергии и импульса наглядно можно продемонстрировать на примере удара, так как явление удара широко применяется в науке и технике.

Материалы делятся на упругие и неупругие. Упругие после прекращения действия деформирующей силы возвращаются в первоначальную форму. При падении упругого предмета на упругую опору, то есть ударе, возникает упругая сила, действующая со стороны опоры и замедляющая скорость предмета. Это и демонстрирует формула импульса силы. Физика удара широко применяется в промышленности.

Сила удара зависит от его продолжительности и упругости опоры. На жесткой опоре длительность удара будет меньше, а средняя сила – больше. При мягкой опоре – наоборот. Так, мягкая сетка, протянутая в цирке, защищает гимнаста от сильного удара.

Безусловность неизменности импульса

Правило сохранения импульса соблюдается при взаимодействии системы тел. Если на такую систему не оказывают влияния внешние тела, взаимодействие тел внутри такой обособленной системы не изменит ее общего импульса.

Законы о сохранении импульса и энергии являются основными законами природы. Однако сохранение импульса в механических процессах всегда справедливо и безусловно. Импульс силы и формула его расчета доказывают это на практике. А вот соблюдение закона сохранения энергии в механике требует исполнения некоторых условий.

Если бы можно было учесть все виды энергии до и после удара, то стало бы возможным убедиться, что даже в случае неупругого удара, закон сохранения энергии соблюдается. Он справедлив всегда, но существует вероятность превращения вида энергии из одного в другой. При практическом применении это особенно важно.

Импульс – это векторная величина, зависящая от массы тела и его скорости. Импульс силы характеризует изменение движения тела под воздействием на него определенной силы на протяжении конкретного времени.