mozok.click » Podręczniki w języku polskim » Fizyka » Wzajemne oddziaływanie ciał. Pęd ciała. Zasada zachowania pędu
Інформація про новину
  • Переглядів: 238
  • Автор: admin
  • Дата: 29-03-2018, 03:30
29-03-2018, 03:30

Wzajemne oddziaływanie ciał. Pęd ciała. Zasada zachowania pędu

Категорія: Podręczniki w języku polskim » Fizyka

Z kursu fizyki klasy 7. wiesz o zasadzie zachowania energii mechanicznej, z kursu fizyki 8. klasy - o zasadzie zachowania ładunku elektrycznego. W tym paragrafie zapoznasz się z jeszcze jedną wielkością fizyczną, która ma właściwość zachowywania się (czyli nie zmienia się podczas wzajemnego oddziaływania ciał).

Historia pojęcia pędu

W XIV wieku filozof i mechanik francuski Jean Buridan (1300-1358) rozwinął znane w filozofii pojęcie „impetus” (bodziec do czegoś, zmuszenie) dla wyjaśnienia przyczyny ruchu ciał. Pisał: „Ręka człowieka, rzucającego kamień, porusza się razem z nim; podczas strzału z łuku cięciwa przez pewien czas porusza się razem ze strzałą, popychając ją... Dopóki to, co pcha, jest w kontakcie z ciałem, dopóty ciało ciągle uzyskuje impetus. Dlatego ruch ciała staje się wciąż szybszy... Po oderwaniu ciało porusza się wyłącznie dzięki impetus, który przez opór środowiska słabnie, prędkość ruchu ciała zmniejsza się.”

W jakich warunkach układ ciał uważamy za układ zamknięty Kilka ciał, oddziałujących na siebie, tworzą układ ciał. Siły, charakteryzujące oddziaływanie ciał układu na siebie, nazywamy wewnętrznymi siłami układu. Jeżeli ciała oddziałują tylko siłami wewnętrznymi, to taki układ ciał nazywamy zamkniętym.

Zamkniętym układem ciał nazywamy układ ciał, na który nie działają siły zewnętrzne, a dowolne zmiany stanu układu będą wynikiem działania wewnętrznych sił układu.



 

Dokładniej mówiąc, na Ziemi nie możliwie jest znalezienie zamkniętego układu ciał: na dowolne ciało w pobliżu powierzchni Ziemi działa siła ciężkości, dowolnemu ruchowi towarzyszy tarcie. Dlatego układ ciał uważamy za układ zamknięty, jeżeli siły zewnętrzne, działające na układ, są zrównoważone lub o wiele mniejsze od wewnętrznych sił układu.

Na przykład, podczas wybuchu fajerwerku siły zewnętrzne, działające na odłamki (siła ciężkości i siła oporu) są wiele razy

(wielokrotnie) mniejsze od siły oddziaływania tych ułamków (rys. 36.1, o), dlatego podczas wybuchu układ ciał „odłamki” można uważać za zamknięty. A po wybuchu, przyciągania Ziemi i oporu powietrza lekceważyć nie można dlatego układ ciał „odłamki” będzie niezamknięty.

Jeżeli człowiek pcha jądro z siłą F, stojąc na łatwo poruszającym się wózku (rys. 36.1, b), to układ ciał „człowiek na wózku — jądro” można uważać za zamknięty, ponieważ siła ciężkości równoważy się siłą normalnej reakcji podłoża, a siła tarcia tocznego jest mała. Gdy człowiek pcha jądro, znajdując się na ziemi, to układ ciał „człowiek — jądro” nie jest zamknięty, przez to, że siłę tarcia można porównać z siłą oddziaływania człowieka i jądra.

Wyznaczamy pęd ciała

Przypomnijmy wzór na obliczenie przyspieszenia:

i zapiszmy drugą zasadę Newtona w postaci:

W prawej części równości jest zapisana zmiana wektorowej wielkości mv . Nazywamy tę wielkość pędem ciała; Ft popędem siły.

Pęd ciała p — wektorowa wielkość fizyczna, równa iloczynowi masy ciała m i prędkości ΰ jego ruchu:

Jednostką pędu ciała w SI jest kilogram razy metr na sekundę:

Wykorzystując zasady Newtona udowodnimy: jeżeli ciała tworzą układ zamknięty, to ich wypadkowy pęd podczas wzajemnego oddziaływania nie zmienia się.


Zasada zachowania pędu

Zbadamy oddziaływanie wzajemne dwóch ciał o masach m1 i m 2 (rys. 36.2). Ciała tworzą układ zamknięty i poruszających się z prędkościami d01 i v02 .

W wyniku oddziaływania wzajemnego, które trwa określony czas t, oba ciała zmieniają prędkości swego ruchu do i v2. Ponieważ układ jest zamknięty,

to przyczyną zmiany prędkości ruchu każdego ciała są tylko siły F1 i F2 - wewnętrzne siły układu. Zgodnie z trzecią zasadą Newtona siły te są równe według wartości bezwzględnej i mają przeciwne kierunki: Fx = —F2 .

Zapiszemy dla każdego ciała drugą zasadę Newtona:

Stąd wynika, że po wzajemnym oddziaływaniu ciał pęd każdego ciała zmienia się, wypadkowy pęd układu ciał pozostaje niezmienny - zachowuje się.

Więc, zasada zachowania pędu:

W układzie zamkniętym ciał suma geometryczna pędów ciał przed oddziaływaniem równa się sumie geometrycznej pędów ciał po oddziaływaniu.

Zasada zachowania pędu sprawdza się dla zamkniętego układu o dowolnej ilości ciał, - jest to ogólna, fundamentalna zasada fizyki. Dlatego w ogólnym przypadku matematyczne wyrażenie zasady zachowania pędu zapisuje się w postaci:

gdzie n — ilość ciał układu.


Z zasadą zachowania pędu stale spotykamy się w przyrodzie, technice, życiu codziennym (rys. 36.3).

Zwróć uwagę: zasada zachowania pędu sprawdza się tylko dla zamkniętego układu ciał, dlatego przed tym, jak zastosowywać ją do rozwiązywania zadań, należy określić, czy jest dany układ zamknięty.

Uczymy się rozwiązywać zadania

Zadanie. Z działa ustawionego na gładkiej poziomej powierzchni poziomo wylatuje pocisk z prędkością 100 m/s. Jaką prędkość uzyska działo po wystrzale, jeżeli masa pocisku równa się 20 kg, a masa działa - 2 t?

Analiza problemu fizycznego. Układ ciał „pocisk-działo” uważamy za zamknięty, o ile siły tarcia są wielokrotnie mniejsze od sił, które powstają podczas strzału. Wybieramy układ odniesienia, związany z powierzchnią Ziemi.

Narysujemy rysunek, na którym zaznaczymy kierunki prędkości ruchu ciał przed i po oddziaływaniu oraz kierunek osi OX:

Podsumowanie

Pędem ciała p - nazywamy wektorową wielkość fizyczną, równą iloczynowi masy ciała m i prędkości v jego ruchu: p = mv.

Układ ciał uważamy za zamknięty, jeżeli siły zewnętrzne, działające na układ, są zrównoważone lub o wiele mniejsze od wewnętrznych sił układu. W układzie zamkniętym ciał sprawdza się zasada zachowania pędu: w zamkniętym układzie ciał geometryczna suma pędów ciał przed oddziaływaniem równa się geometrycznej sumie pędów ciał po oddziaływaniu: 7η1ΰ01 +m2v02 +... + mnv0n = mlv1 + m2v2 + ··· + mnvn, gdzie n — ilość ciał układu.

Pytania kontrolne

1. Jaki układ nazywamy zamkniętym? Podaj przykłady. 2. Podaj definicję pędu ciał. W jakich jednostkach mierzymy pęd ciał w układzie SI? 3. Sformułuj zasadę zachowania pędu. 4. Wyprowadź zasadę zachowania pędu dla układu dwóch ciał.

Ćwiczenie nr 36

1. Piłkarz prowadzi piłkę o masie 4,5 kg poruszając się z prędkością 4 m/s względem powierzchni Ziemi. Oblicz pęd piłki względem: a) powierzchni Ziemi; b) piłkarza, który prowadzi piłkę, c) piłkarza, poruszającego się w kierunku lotu piłki z prędkością 5 m/s.

2. Kula o masie 100 g, poruszająca się z pewną prędkością zderza się z kulą nieruchomą o masie 150 g i pozostaje w niej (rys. 1). Oblicz prędkość ruchu kuli przed zderzeniem, jeżeli po zderzeniu układ poruszał się z prędkością 10 m/s.

3. Ułóż i rozwiąż zadanie według danych z rys. 2,

Chłopiec o masie 50 kg, stojący w łódce, masa której równa się 150 kg i która porusza się z prędkością 6 m/s, wyskakuje z niej w kierunku poziomym z prędkością 6 m/s. Z jaką prędkością zacznie poruszać się łódka, jeżeli chłopiec wyskoczy z niej: a) w kierunku przeciwnym do ruchu łódki; b) w kierunku ruchu łódki; c) w kierunku ruchu łódki pod kątem 60° do poziomu.

5. Każdemu z was jest znana sytuacja: człowiek wstaje w łodzi i, nie czekając aż ona zatrzyma się, idzie do przodu — w wyniku czego łódź odpływa do tyłu (rys. 3). Wyjaśnij obserwowaną sytuację, stosując zasadę zachowania pędu. Oblicz odległość s, którą przepływa łódź od brzegu, jeżeli masa człowieka wynosi 70 kg, masa łodzi 130 kg, długość l = 4m. Oporu wody nie uwzględniamy.

6. Porównaj swój pęd w czasie biegu na 100 m z pędem kuli. Potrzebne dane wybierz samodzielnie.

Fizyka i technika na Ukrainie

K. Syneinikow (1901-1966) - wybitny ukraiński fizyk eksperymentator, dr PAN Ukrainy.

Na kartach historii nauki K. Syneinikow zapisał się razem z I. Kurcza-towym, i jest wybitnym uczonym w dziedzinie fizyki dielektryków i półprzewodników, fizyki jądra atomowego, fizyki plazmy i kontrolowanej syntezy termojądrowej, optyki fizycznej oraz elektronicznej. W latach 1928-1930 K. Syneinikow był na stażu w Cambridge, w laboratorium E. Rutherforda. W latach 1944-1965 stał na czele fizyko-technicznego instytutu w Charkowie. Pod jego kierownictwem po raz pierwszy wykonano rozszczepienie jądra litu protonami.

Prezydium PAN Ukrainy ustaliło nagrodę im. K. Synelnikowa za wybitne osiągnięcia w dziedzinie fizyki jądrowej.

 

Źródło: Fizyka podręcznik dla klasy 9 Barjachtar

 






^