2.2.4. Закон сохранения импульса. Совместное применение законов сохранения импульса и механической энергии
Биомеханика
Законы сохранения
Данное учебное пособие имеет целью оказать учащимся помощь в систематизации, обобщении и углублении знаний по физике, освоении методов и приемов решения задач при подготовке к итоговой аттестации. Содержание учебного пособия соответствует программе по физике для студентов первого курса, обучающихся по специальностям Технология машиностроения, Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта, Технология продукции общественного питания. В приложении приведены тест и вариант контрольной работы, которую учащиеся выполняют самостоятельно. Роль законов сохранения в механике и в других разделах физики огромна. Во-первых, они позволяют сравнительно простым путем, не рассматривая действующие на тела силы, решать ряд практически важных задач. Законы сохранения позволяют по первоначальному состоянию системы, не зная подробностей взаимодействия тел, определить ее конечное состояние, например, зная скорости тел до взаимодействия, определить скорости этих тел после взаимодействия. Во-вторых, и это главное, открытые в механике законы сохранения играют в природе огромную роль, далеко выходящую за рамки самой механики. Даже в тех условиях, когда законы механики Ньютона применять нельзя, законы сохранения импульса, энергии и момента импульса не теряют значения. Они применимы как к телам обычных размеров, так и к космическим телам и элементарным частицам. Именно всеобщность законов сохранения, их применимость ко всем явлениям природы, а не только к механическим делает эти законы столь значительными. Циолковский — основоположник учения о реактивном движении. Работа силы тяжести, силы упругости, силы трения. Кинетическая и потенциальная энергия. Потенциальная энергия тел при гравитационном взаимодействии. Потенциальная энергия упруго деформированного тела. Закон сохранения энергии в механике. Изменение энергии в незамкнутых системах. Закон сохранения и превращения энергии. Упругие и неупругие соударения тел. Импульсом тела количеством движения называется векторная физическая величина, равная произведению массы тела т на его скорость и направленная так же, как и скорость рис. Единицей импульса тела в СИ является килограмм-метр на секунду. Согласно основному уравнению динамики. Произведение силы на время ее действия называется импульсом силы. Единицей импульса силы является ньютон-секунда Н с. Отсюда видно, что импульс тела изменяется под действием данной силы одинаково у тел любой массы, если только время действия сил одинаково. Импульс тела, как и скорость, зависит от выбора системы отсчета. Ускорение движения тела одинаково во всех инерциальных системах отсчета. Следовательно, сила, а значит, согласно 1. В любой инерциальной системе отсчета изменение импульса тела одинаково. На тела действуют внешние силы F 1 , F 2 , F 3. Силы F l2 , F 21 ,F 13 ,F 31 , F 23 , F 32 — внутренние силы. Импульс системы тел равен геометрической сумме импульсов тел системы. Таким образом, импульс системы тел могут изменить только внешние силы. Если система замкнута, то. С помощью ЗСИ можно вычислять скорости тел, не зная значения сил, действующих на них. ЗСИ является всеобщим законом: Под реактивным движением понимают движение тела, возникающее при отделении от тела его части с некоторой относительно тела скоростью. При этом появляется так называемая реактивная сила, толкающая тело в сторону, противоположную направлению движения отделяющейся от него части тела. Реактивное движение совершает ракета рис. Основной частью реактивного двигателя является камера сгорания. В одной из ее стенок имеется отверстие — реактивное сопло, предназначенное для выхода газа, образующегося при сгорании топлива. Высокая температура и давление газа определяют большую скорость истечения его из сопла. До работы двигателя импульс ракеты и горючего был равен нулю, следовательно, и после включения двигателей геометрическая сумма импульсов ракеты и истекающих газов равна нулю:. Где — отношение начальной и конечной масс ракеты. Из нее следует, что конечная скорость ракеты может превышать относительную скорость истечения газов. Следовательно, ракета может быть разогнана до больших скоростей, необходимых для космических полетов. Но это может быть достигнуто только путем расхода значительной массы топлива, составляющей большую долю первоначальной массы ракеты. Значительное снижение стартовой массы ракеты может быть достигнуто при использовании многоступенчатых ракет , когда ступени ракеты отделяются по мере выгорания топлива. Из процесса последующего разгона ракеты исключаются массы контейнеров, в которых находилось топливо, отработавшие двигатели, системы управления ит. Именно по пути создания экономичных многоступенчатых ракет развивается современное ракетостроение. Главная особенность реактивного движения состоит в том, что ракета может как ускоряться, так и тормозиться и поворачиваться без какого-либо взаимодействия с другими телами в отличие от всех других транспортных средств. Большая заслуга в развитии теории реактивного движения принадлежит К. Он разработал теорию полета тела переменной массы ракеты в однородном поле тяготения и рассчитал запасы топлива, необходимые для преодоления силы земного притяжения, основы теории жидкостного реактивного двигателя, а также элементы его конструкции, теорию многоступенчатых ракет, причем предложил два варианта: Циолковский строго научно доказал возможность полета в космос с помощью ракет с жидкостным реактивным двигателем, предложил специальные траектории посадки космических аппаратов на Землю, выдвинул идею создания межпланетных орбитальных станций, предложил идею автоматического управления ракетой. Механическая работа — это скалярная физическая величина, которая характеризует процесс перемещения тела под действием силы и равна произведению модуля силы на модуль перемещения и на косинус угла между ними: Тогда для определения работы нужно мысленно разбитьвсе перемещение на такие малые перемещения , на которых можно считать силу и угол неизменными, и найти элементарные работы по формуле. Работа на всем перемещении будет равна алгебраической сумме элементарных работ и тем точнее, чем меньше каждое перемещение и чем больше их число:. Работа силы F на всей траектории выражается интегралом, вычисляемым вдоль траектории, где 1 и 2 — радиус-векторы начальной и конечной точек траектории. Для вычисления этого интеграла надо знать зависимость F r вдоль траектории. Для определения работы можно воспользоваться графическим методом рис. Работу можно представить как произведение средней силы на перемещение:. В частности, если сила изменяется линейно от F 1 до F 2 на данном перемещении, то ее среднее значение. Если к движущемуся телу приложено несколько сил, то каждая из них совершает работу, а общая работа равна алгебраической сумме работ, совершаемых отдельными силами. Пусть тело перемещается вертикально вниз из положения 1 в положение 2, определяемые соответственно высотами h 1 иh 2 над нулевым уровнем рис. Это значит, что работа силы тяжести не зависит от формы траектории движения тела, а зависит только от перемещения центра тяжести тела по вертикали. На замкнутой траектории работа силы тяжести равна нулю. Силы, работа которых не зависит от формы траектории, а на замкнутой траектории равна нулю, называются консервативными. Следовательно, сила тяжести — консервативная сила. Пусть тело, прикрепленное к пружине и находящееся на гладком стержне, перемещается из положения 1 в положение 2 рис. Сила упругости, действующая на тело со стороны деформированной пружины, не остается постоянной, а изменяется согласно закону Гука пропорционально абсолютному удлинению:. Более строгий вывод формулы для расчета работы силы упругости можно сделать, использовав метод интегрирования:. Можно показать, что работа силы упругости не зависит от формы траектории и на замкнутой траектории равна нулю. Она зависит только от взаимного положения частей тела. Сила упругости тоже консервативная сила. Так как сила трения направлена противоположно перемещению рис. Пусть тело перемещается из точки 1 в точку 2 по разным траекториям. Таким образом, в отличие от силы тяжести и силы упругости работа силы трения зависит от формы траектории, по которой движется тело, и на замкнутой траектории не равна нулю. Работа силы трения необратимо превращает механическое движение тела в тепловое движение атомов и молекул. Различные машины и механизмы, выполняющие одинаковую работу, могут отличаться мощностью. Мощность характеризует быстроту совершения работы. Очевидно, что чем меньшее время требуется для выполнения данной работы, тем эффективнее работает машина, механизм и др. При движении любого тела на него в общем случае действует несколько сил. Каждая сила совершает работу, и, следовательно, для каждой силы мы можем вычислить мощность. Поэтому мощность этой силы. По этой формуле можно рассчитывать и среднюю, и мгновенную мощности, подставляя значения средней или мгновенной скорости. Любой двигатель или механизм предназначены для выполнения определенной механической работы, которую называют полезной работой А п. Но любой машине приходится совершать большую работу, так как вследствие действия сил трения часть подводимой к машине энергии не может быть преобразована в механическую работу. Поэтому эффективность работы машины характеризуют коэффициентом полезного действия КПД. Механическое состояние тела системы тел определяется его положением относительно других тел координатами и его скоростью. Если изменяется хотя бы одна из этих величин, то говорят об изменении механического состояния тела. Состояние данной системы тел обязательно изменяется, если внешние силы совершают отличную от нуля работу. Количественно механическое состояние системы и его изменение характеризуется механической энергией W. Механическая энергия — это физическая величина, являющаяся функцией состояния системы и характеризующая способность системы совершать работу. Пусть на тело массой m действуетсила F это может быть одна сила или равнодействующая нескольких сил , направленная вдоль перемещения, и скорость тела изменяется от до рис. Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической энергией. Эта теорема справедлива независимо от того, какие силы действуют на тело: Таким образом, кинетическая энергия тела равна работе, которую необходимо совершить, чтобы покоящемуся телу сообщить скорость. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование. Деталирование сборочного чертежа Когда производственнику особенно важно наличие гибких производственных мощностей? Собственные движения и пространственные скорости звезд Тема
Вопросы Реферати Документи Право География История Психология Туризм Философия Финансы Экономика. Применение закона сохранения импульса к ударам Соударения часто встречаются в спорте: Ударом называется столкновение между двумя телами, если оно происходит за очень короткое время и силы взаимодействия при этом столь велики, что можно пренебречь всеми остальными силами. Сила удара боксера средней весовой категории — 2 кН, сила удара футболиста по мячу — 7,8 кН. Обычно время соударения много меньше по сравнению со временем наблюдения. В физике принята следующая классификация ударов. Абсолютно упругий удар Это такой удар, при котором не происходит необратимых преобразований кинетической энергии во внутреннюю энергию тел. При абсолютно упругом ударе свободных тел сохраняется кинетическая энергия системы и ее импульс. Формы всех тел после завершения удара восстанавливаются. Упругое столкновение в макроскопическом мире — это недостижимый идеальный случай, так как часть кинетической энергии тел всегда переходит в другие виды энергии тепловую, звуковую и т. При абсолютно неупругом соударении свободных тел импульс системы сохраняется, а ее кинетическая энергия уменьшается потерянная кинетическая энергия переходит во внутреннюю энергию — тела нагреваются. Деформации тел в процессе такого удара постоянно нарастают и формы тел после завершения удара не восстанавливаются. Реальные удары Абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары — это идеальные предельные случаи. При соударении реальных тел имеют место элементы, свойственные как упругим, так и неупругим ударам. Характерные свойства абсолютно упругого и абсолютно неупругого ударов наглядно проявляются в системе отсчета, связанной с центром масс сталкивающихся тел. В этой системе отсчета удары выглядят очень просто. Тела движутся навстречу друг другу со скоростями v v v 2 и после удара расходятся с такими же скоростями: Тела движутся навстречу друг другу со скоростями v 1, v 2 и после удара останавливаются: Тела движутся навстречу друг другу со скоростями v 1, v 2 и после удара расходятся со скоростями: Таким образом, в системе центра масс величины скоростей не изменяются. Таким образом, в системе центра масс величины скоростей после удара становятся равными нулю. Таким образом, в системе центра масс величины скоростей изменяются одинаково. Основы качественного биомеханического анализа Донской Д.
Как пользоваться телескопом
Расписание автобусов тумботино гороховец
Характеристика внутренней картины болезни
Косметика фирмы эйвон каталог
Как поставить квартиру на кадастровый учет