ИМПУЛЬС МЕХАНИЧЕСКИЙ

Материал из Юнциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Импульсом, или количеством движения тела, называют произведение его массы на вектор скорости: p=mv. Это важное физическое понятие непосредственно обобщается и на систему тел как векторная сумма импульсов всех тел, входящих в рассматриваемую систему:

P = i=1N∑p = i=1N∑mv.

Оказывается, что для замкнутой системы (т. е. системы тел, действием внешних сил на которую можно пренебречь) величина полного импульса P сохраняется. Закон сохранения импульса играет чрезвычайно важную роль в физике; его происхождение связано с фундаментальным свойством пространства — однородностью, т. е. равноправием всех точек пространства (см. Симметрия законов природы).

При наличии внешней силы импульс тела или системы тел изменяется со временем, причем изменение импульса ∆p под влиянием силы F за малое время ∆t равно: ∆p = F∆t. Это соотношение позволяет представить силу, действующую на тело, в виде F = ∆p/∆t. Если

за время действия силы масса тела не Меняется, то

F = ∆p/∆t = F = ∆mv/∆t = m(∆v/∆t) = ma,

что совпадает с формулировкой второго закона Ньютона.

Однако найденное соотношение указывает и на другую возможность возникновения силы — это изменение импульса тела за счет изменения его массы. Так, если из ракеты вытекают газы со скоростью u и расход массы газа в единицу времени составляют М кг/с, то изменение импульса газов приводит к появлению силы, действующей на ракету со стороны газов:

F = ∆p/∆t = ∆mu/∆t = u(∆m/∆t) = uM.

Эта сила называется реактивной, а движение под ее действием — реактивным движением.

В 1903 г. русский ученый и изобретатель К. Э. Циолковский опубликовал в Петербурге работу, в которой принцип реактивного движения был положен в основу создания межпланетных кораблей, и доказал, что единственный летательный аппарат, который может проникнуть за пределы земной атмосферы, — это ракета.

Понятие количества движения как произве-дейия массы тела на величину его скорости впервые было введено в физику в XVII в. французским ученым Р. Декартом при изучении им законов механического движения. При формулировке закона сохранения количества движения Декарт определял количество движения как произведение приложенной к нему силы на время ее действия и первым применил название — импульс силы. Но он не рассматривал количество движения как векторную величину, что привело к ошибочности найденных им семи правил соударения тел.

Несколько позже, в конце XVII в., вопрос о том, что же все-таки сохраняется в процессах соударения, вызвал острые споры. Нидерландский ученый X. Гюйгенс в своей работе о соударении тел пришел к выводу, что сумма произведений «каждого тела» на квадрат его скорости до и после удара остается неизменной. Немецкий ученый Г. Лейбниц в своем труде «Доказательство памятной ошибки Декарта» отрицал закон сохранения количества движения, открытый Декартом. Спор между сторонниками Декарта и Лейбница, продолжавшийся на протяжении тридцати лет, был разрешен в 1728 г. Ж. де Мераном, показавшим, что если рассматривать количество движения как векторную величину, то все становится на свои места: в процессах упругих соударений сохраняются как полный импульс системы тел, вступающих в соударение, так и их полная кинетическая энергия.

Импульсом могут обладать все формы материи, в том числе электромагнитное и гравитационное поля. Для полей вводят вектор плотности импульса, который выражают через физические характеристики этих полей.