Реактивний рух

З закону збереження імпульсу випливає можливість реактивного руху, руху тіла, який виникає при відокремленні деякої його частини з певною швидкістю.

Наприклад, від тіла масою (ракета) зі швидкістю відділяється тіло масою (продукти згорання палива). Тоді, згідно закону збереження імпульсу, перше тіло (ракета) набуває швидкості .

Реактивний рух ракети у випадку зменшення маси палива за рахунок його згорання описується рівнянням Ціолковського:

,

де – швидкість ракети, коли її маса разом з масою палива становить , а – початкова маса ракети разом з паливом, – швидкість витікання продуктів згорання палива.

У більш загальному випадку, з врахуванням швидкості згорання палива та наявності сил опору, рух ракети описується рівнянням Мещерського.

Значний внесок у теорію реактивного руху вніс український вчений Кондратюк Ю.В.

Реактивний рух властивий деяким представникам живої природи, наприклад, кальмарам, каракатицям, медузам – всі вони використовують для плавання реакцію струменю води, що відкидається.

Другий разючий приклад реактивного руху в природі – це, так званий скажений огірок. З такого огірка викидається струмина рідини, яка, подібно ракетному паливу, приводить в політ сам огірок.

4. Робота сталої і змінної сил. Потужність

Фізична величина, яка в механіці є мірою дії сили при переміщенні тіла, називається роботою даної сили. Робота сталої сили на шляху дорівнює:

,

де – кут між напрямом сили і переміщенням.

Одиницею роботи в системі СІ є 1 Дж (джоуль), який дорівнює роботі, здійснюваній силою 1Н на шляху 1м.

Якщо робота виконується змінною силою, то спочатку визначають елементарну роботу на такому малому переміщенні , щоб силу вважати сталою і ця елементарна робота дорівнює:

Тоді вся робота визначається інтегральною сумою:

Відношення роботи до того часу, за який дана робота виконана, називається потужністю.

.

Миттєва потужність визначається відношенням елементарної роботи за час до цього часу .

.

Наприклад, – сила тяги двигуна, – швидкість.

В системі СІ одиницею потужності є Вт (ват), 1Вт = 1Дж/с. Поряд з цією одиницею потужності інколи (особливо для двигунів), користуються несистемною одиницею потужності – одна кінська сила, 1к.с. = 736Вт.

5. Енергія. Кінетична і потенціальна енергія

Енергія – це єдина (спільна) міра різних форм руху і взаємодії матерії і цією мірою є Дж (джоуль – одиниця роботи). Зміна енергії системи пов’язана з виконанням роботи.

Кінетична енергія матеріальної точки або тіла при поступальному русі є мірою цього руху і одиницями даної міри є Дж (одиниця роботи), так що зміна кінетичної енергія пов’язана з виконанням роботи:

.

Потенціальна енергія є мірою взаємодії тіл або частин тіла одне відносно одного.

Так, потенціальна енергія тіла в полі тяжіння Землі є мірою гравітаційної взаємодії тіла і Землі, і цією мірою є одиниці роботи, так що зміна потенціальної енергії пов’язана з виконанням роботи. Якщо тіло масою знаходиться на висоті над поверхнею Землі, то потенціальна енергія цього тіла дорівнює:

Робота сил тяжіння при переміщенні в полі тяжіння матеріальної точки не залежить від траєкторії переміщення, а тільки від початкового і кінцевого положення точки. Поле, в якому робота сил цього поля не залежить від траєкторії переміщення називається потенціальним, а сили, які діють з сторони цього поля – консервативні.

Роботу сил тяжіння при переміщенні матеріальної точки з одного положення в інше можна визначити через різницю потенціалів гравітаційного поля, у якому переміщається дана точка:

.

У свою чергу, потенціал гравітаційного поля, як його енергетична характеристика, дорівнює:

.

6. Закон збереження енергії в механіці.

Найбільш загальний закон збереження, який справедливий для процесів будь-якої природи – це закон збереження і перетворення енергії, який стверджує, що

в замкнутій системі енергія може переходити з одних видів в інші і передаватись від одного тіла до другого, але її загальна кількість залишається незмінною.

Системи тіл, сили взаємодії між якими є потенціальні (консервативні), відсутнє перетворення механічної енергії в інші види енергії називаються замкнутими консервативними системами. Для таких систем справедливий закон збереження енергії в механіці.

Механічна енергія замкнутої консервативної системи не змінюється в процесі її руху і є сталою величиною.

Для такої системи сума кінетичної та потенціальної енергій є сталою величиною:

.

Системи, де є втрати механічної енергії називаються, дисипативними.

В основі закону збереженняенергії лежить однорідність часу, тобто рівнозначність всіх моментів часу. Тут рівнозначність моментів часу треба розуміти, що заміна моменту часу моментом без зміни значень інших параметрів не змінює властивостей системи.

7. Застосування законів збереження до співудару тіл

Одне з важливих застосувань законів збереження – це співудар двох тіл. А саме, відомі маси тіл, їх швидкості до співудару – необхідно знайти швидкості після їх взаємодії.

Дата добавления: 2014-01-07