Імпульс сили
Імпульсом сили (або просто імпульсом) називають добуток маси тіла на його швидкість: p = mv (8.1). Іноді замість “імпульс” кажуть “кількість руху” (ми вже говорили про традиції називати одну величину різними термінами). Виникає питання, навіщо потрібен імпульс, якщо є енергія? Справа в тому, що багато завдань вирішуються простіше за допомогою теорії, заснованої на понятті імпульсу. Наприклад, зброярам треба знати швидкість віддачі гармати залежно від швидкості снаряда. Тут виникає особлива проблема. До пострілу швидкості гармати і снаряди були рівні нулю. Після пострілу вони розлітаються в різні боки. Зрозуміло, повна енергія зберігається, але як врахувати енергію порохового заряду? Ми повинні придумати якийсь інший закон, незалежний від закону збереження енергії. Розглянемо конкретний випадок.
Припустимо, з корабельної гармати масою 400 кг вистрілили ядром масою 2 кг. Віддача така, що гармата відкочується назад зі швидкістю 1 м / с. Швидкість гармати змінилася. Крім того, частина енергії унеслась разом з ядром. Рівняння (2.4) тут не допоможе, хоча ми вже розуміємо, що щось має зберігатися. Але що? У ядра маса мала, швидкість велика. У гармати – навпаки. Крім того, після пострілу ядро летить в один бік, гармата відкочується в протилежну. Що, якщо зберігається повний імпульс – сума імпульсів ядра і гармати? Якщо їх сума після пострілу теж буде дорівнює нулю, значить, повний імпульс зберігається. Для цього потрібно знати швидкість ядра.
Вимірювання показали, що дистанцію 400 м до мети ядро пролетіло за 2 с. Значить, швидкість ядра була 200 м / с. Позначимо імпульс ядра після пострілу індексом “я”, імпульс гармати – індексом “п”. Якщо повний імпульс після пострілу теж дорівнює нулю: ря + рп = 0, то рп = – ря (8.1). Підставляючи числа, отримуємо для ядра: pя = mяvя = 2 * 200 = 400 кг * м / с (8.2). Тоді для гармати: PП = mпvп = – pя = – 400 кг * м / с (8.3). Відповідь вийшов менше нуля. Але маса гармати не може бути негативною. Припустимо, в (8.3) негативна швидкість: vп = -1 м / с. Перевіряємо: ря + рп = 400-400 = 0 (8.4). Це означає, що повний імпульс зберігається. Зауважимо, що повний імпульс не обов’язково повинен бути нульовим.
Тепер за допомогою закону збереження імпульсу легко обчислити швидкість віддачі будь-якого стрілецької зброї.
Приклад: Обчислити швидкість віддачі автомата Калашникова (АК) при одиночному пострілі. Рішення: Маса АК (без магазину) дорівнює 3.6 кг. Швидкість кулі дорівнює 800 м / с. Масу кулі беремо класичну, 9 грамів = 0.009 кг. Запишемо рівняння збереження імпульсу для даного випадку: mа * va + mп * vп = 0. Значить, va = – mп * vп / ma (8.5). Підставляючи числа, отримаємо: va = – 0.009 * 800 / 3.6 = – 7.2 / 3.6 = – 2 (м / с). Щоб зменшити віддачу, рекомендують щільно притискати приклад до плеча. Тим самим збільшується загальна маса опори. Припустимо, маса стрілка дорівнює 68.4 кг, разом з автоматом це буде 68.4 = 3.6 = 72 (кг). Тоді швидкість віддачі: 7.2 / 72 = 0.1 (м / с) або 10 см в секунду, що цілком прийнятно.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)