Энергия, работа

Существуют такие инерциальные системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной если равнодействующая всех сил приложенных к нему равна нулю.

Сила, действующая на тело равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение. F = m a.

Сила воздействия движущегося тела на другое тело зависит как от скорости так и от массы.

Поэтому в качестве динамической характеристики интенсивности движения используется произведение m на v. Эта величина называется импульсом тела или количеством движения.

p = m´ V

F = m a; a = dV/dt Þ F = md/Vdt dmV/dt Þ F = d p /dt….(3.1)

Равнодействующая всех сил приложенных к данной мат (.) равна производной от ее импульса по времени или быстроте изменения импульса – это более общая формулировка II закона Ньютона.

III закон Ньютона формулируется:

Взаимодействующие тела действуют друг на друга с одинаковыми по величине, но противоположными по направлению силами. F₁₂ = - F₂₁…(3.2)

Из него следует, что если одно тело действует на другое, то оно испытывает на себе ответное действие со стороны 2 тела, т.е. в природе проявляются только взаимодействия между телами

III закон Ньютона справедлив не всегда, он верен для тел взаимодействующих непосредственным прикосновением. Он также верен для силового взаимодействия на расстоянии, если тела взаимно покоятся. Для тел движущиеся относительно друг друга III закон Ньютона верен тем точнее, чем лучше выполняются условие. V /c<<1. Если скорость велика V ≤ c, то возникает запаздывание взаимодействия между телами - второе тело будет испытывать со стороны первого в данный момент времени силу, которая соответствует положению первого тела не в данный момент времени, а в некоторый предыдущий момент и третий закон Ньютона может нарушаться. Кроме того, этот закон не выполняется в области микромира, т.к. там вообще понятие силы не применимо, а также для взаимодействия тел силами магнитного взаимодействия. III закон Ньютона является следствием более общего закона – закона сохранения импульса.

3. Система, на которую не действуют внешние силы, или действие внешних сил скомпенсировано называются замкнутой (изолированной). Для нее равнодействующая всех сил равна нулю.

Импульс замкнутой системы есть величина постоянная – закон сохранения импульса.

… (3.3)

Абсолютно изолированных систем в действительности не существует. Но систему, для которой сумма внешних сил пренебрежимо мала по сравнению с силами взаимодействия между телами системы с достаточной для практики степенью точности можно принимать за изолированную.

В результате действия сил не , т.е система не замкнута, изменяется импульс тела

- импульс силы

Изменение импульса равно произведению силы приложенной к телу на время ее действия, т.е. одна и та же сила за одно и тоже время вызывает одно и то же изменение импульса.

Произведение силы на время ее действия называют импульсом силы, т. е изменение импульса тела = импульсу силы и чем больше внешняя сила и время ее действия на систему, тем большее изменение импульса она вызывает.

Закон сохранения импульса является одним из важнейших законов физики, он справедлив и в тех случаях, для которых законы Ньютона не применимы (например, в физике элементарных частиц).

4. (С/Р) Знание закона сохранения импульса во многих случаях дает возможность выполнить расчеты результата взаимодействия тел, когда значения действующих сил неизвестны.

Рассмотрим в качестве примера действия реактивного двигателя. При сгорании топлива газы, нагретые до высокой температуры, выбрасываются из сопла ракеты со скоростью v.

Ракета и выбрасываемые ее двигателем газы взаимодействуют между собой на основании закона сохранения импульса, при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов взаимодействующих тел остается постоянной.

До начала работы двигателей импульс ракеты и горючего был равен нулю; следовательно, и после включения двигателя сумма векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю.

М – масса ракеты,; - скорость ракеты; m – масса выброшенных газов; v– скорость истечения газов. Получаем

Для модуля v ракеты имеем:

Эта формула применима для вычисления модуля скорости V ракеты при условии небольшого изменения массы М ракеты в результате работы ее двигателей.

Реактивный двигатель обладает многими замечательными особенностями, но главная из них заключается в следующем. Автомобилю для движения нужна еще и дорога, с которой могли бы взаимодействовать колеса, теплоходу – вода, а самолету – воздух. Ракете для движения не нужны ни земля, ни вода, ни воздух, т.к. она движется в результате взаимодействия с газами, образующимися при сгорании топлива.

Поэтому ракета может двигаться в безвоздушном космическом пространстве.

К.Э. Циолковский – основоположник теории космических полетов. Теория была осуществлена на практике под руководством С.П. Королева.

Дата добавления: 2014-01-20