Kadalasan sa physics pinag-uusapan nila ang momentum ng isang katawan, na nagpapahiwatig ng dami ng paggalaw. Sa katunayan, ang konsepto na ito ay malapit na konektado sa isang ganap na naiibang dami - nang may puwersa. Ang impulse of force - ano ito, paano ito ipinakilala sa physics, at ano ang kahulugan nito: lahat ng isyung ito ay detalyadong tinalakay sa artikulo.
Dami ng paggalaw
Ang momentum ng katawan at ang momentum ng puwersa ay dalawang magkakaugnay na dami, bukod dito, halos pareho ang ibig sabihin ng mga ito. Una, suriin natin ang konsepto ng momentum.
Ang dami ng paggalaw bilang isang pisikal na dami ay unang lumitaw sa mga gawaing siyentipiko ng mga modernong siyentipiko, lalo na noong ika-17 siglo. Mahalagang tandaan ang dalawang pigura dito: Galileo Galilei, ang sikat na Italyano, na tinawag ang tinatalakay na dami na impeto (momentum), at Isaac Newton, ang dakilang Englishman, na, bilang karagdagan sa motus (motion) na dami, ay gumamit din ng konsepto ng vis motrix (driving force).
Kaya, naunawaan ng mga pinangalanang siyentipiko sa ilalim ng dami ng paggalaw ang produkto ng masa ng isang bagay at ang bilis ng linear na paggalaw nito sa kalawakan. Ang kahulugang ito sa wika ng matematika ay nakasulat tulad ng sumusunod:
p¯=mv¯
Tandaan na pinag-uusapan natin ang halaga ng vector (p¯), na nakadirekta sa direksyon ng paggalaw ng katawan, na proporsyonal sa speed modulus, at ang body mass ay gumaganap sa papel ng proportionality coefficient.
Relasyon sa pagitan ng momentum ng puwersa at pagbabago sa p¯
Tulad ng nabanggit sa itaas, bilang karagdagan sa momentum, ipinakilala din ni Newton ang konsepto ng driving force. Tinukoy niya ang halagang ito bilang sumusunod:
F¯=ma¯
Ito ang pamilyar na batas ng paglitaw ng acceleration sa isang katawan bilang resulta ng ilang panlabas na puwersa F¯ kumikilos dito. Ang mahalagang pormula na ito ay nagpapahintulot sa atin na makuha ang batas ng momentum ng puwersa. Tandaan na ang a¯ ay ang time derivative ng rate (ang rate ng pagbabago ng v¯), na nangangahulugang:
F¯=mdv¯/dt o F¯dt=mdv¯=>
F¯dt=dp¯, kung saan dp¯=mdv¯
Ang unang formula sa pangalawang linya ay ang impulse ng puwersa, iyon ay, ang halaga na katumbas ng produkto ng puwersa at ang agwat ng oras kung kailan ito kumikilos sa katawan. Ito ay sinusukat sa newtons bawat segundo.
Pagsusuri ng formula
Ang pagpapahayag para sa salpok ng puwersa sa nakaraang talata ay nagpapakita rin ng pisikal na kahulugan ng dami na ito: ipinapakita nito kung gaano kalaki ang pagbabago ng momentum sa isang yugto ng panahon dt. Tandaan na ang pagbabagong ito (dp¯) ay ganap na independiyente sa kabuuang momentum ng katawan. Ang salpok ng isang puwersa ay ang sanhi ng pagbabago sa momentum, na maaaring humantong sa parehoisang pagtaas sa huli (kapag ang anggulo sa pagitan ng puwersa F¯ at bilis v¯ ay mas mababa sa 90o), at sa pagbaba nito (ang anggulo sa pagitan ng F¯ at v¯ ay mas malaki kaysa sa 90o).
Mula sa pagsusuri ng pormula, isang mahalagang konklusyon ang sumusunod: ang mga yunit ng pagsukat ng salpok ng puwersa ay kapareho ng para sa p¯ (newton bawat segundo at kilo bawat metro bawat segundo), bukod dito, ang una ang halaga ay katumbas ng pagbabago sa pangalawa, samakatuwid, sa halip na salpok ng puwersa, ang parirala ay kadalasang ginagamit na "momentum ng katawan", bagama't mas tamang sabihing "pagbabago sa momentum".
Mga puwersang umaasa at hindi nakasalalay sa oras
Ang force impulse law ay ipinakita sa itaas sa differential form. Upang kalkulahin ang halaga ng dami na ito, kinakailangan upang isagawa ang pagsasama sa oras ng pagkilos. Pagkatapos ay makukuha natin ang formula:
∫t1t2 F¯(t)dt=Δp¯
Dito, kumikilos ang puwersa F¯(t) sa katawan sa panahon ng Δt=t2-t1, na humahantong sa pagbabago sa momentum ng Δp¯. Gaya ng nakikita mo, ang momentum ng isang puwersa ay isang dami na tinutukoy ng isang puwersang nakadepende sa oras.
Ngayon ay isaalang-alang natin ang isang mas simpleng sitwasyon, na natanto sa ilang mga pang-eksperimentong kaso: ipagpalagay natin na ang puwersa ay hindi nakasalalay sa oras, pagkatapos ay madali nating makukuha ang integral at makakuha ng simpleng formula:
F¯∫t1t2 dt=Δp¯ =>F¯(t2-t1)=Δp¯
Ang huling equation ay nagbibigay-daan sa iyong kalkulahin ang momentum ng isang pare-parehong puwersa.
Kapag nagpasyatunay na mga problema sa pagbabago ng momentum, sa kabila ng katotohanang ang puwersa sa pangkalahatan ay nakasalalay sa oras ng pagkilos, ito ay ipinapalagay na pare-pareho at ilang epektibong average na halaga F¯ ay kinakalkula.
Mga halimbawa ng pagpapakita sa pagsasanay ng isang salpok ng puwersa
Ano ang papel na ginagampanan ng halagang ito, ito ay pinakamadaling maunawaan sa mga partikular na halimbawa mula sa pagsasanay. Bago ibigay sa kanila, isulat muli natin ang kaukulang formula:
F¯Δt=Δp¯
Tandaan, kung ang Δp¯ ay isang pare-parehong halaga, kung gayon ang momentum modulus ng puwersa ay pare-pareho din, kaya ang mas malaking Δt, ang mas maliit na F¯, at kabaliktaran.
Ngayon, magbigay tayo ng mga konkretong halimbawa ng momentum sa pagkilos:
- Ang isang tao na tumatalon mula sa anumang taas patungo sa lupa ay sumusubok na yumuko ang kanyang mga tuhod kapag lumapag, at sa gayon ay tumataas ang oras Δt ng epekto ng ibabaw ng lupa (suporta sa puwersa ng reaksyon F¯), sa gayon ay binabawasan ang lakas nito.
- Ang boksingero, sa pamamagitan ng pagpapalihis ng kanyang ulo mula sa suntok, ay nagpapahaba ng contact time Δt ng glove ng kalaban sa kanyang mukha, na nakakabawas sa lakas ng impact.
- Sinusubukan ng mga modernong sasakyan na idisenyo sa paraang kung sakaling magkaroon ng banggaan, ang kanilang katawan ay madi-deform hangga't maaari (ang pagpapapangit ay isang proseso na nabubuo sa paglipas ng panahon, na humahantong sa isang makabuluhang pagbaba sa lakas ng banggaan at, bilang resulta, pagbaba ng panganib ng pinsala sa mga pasahero).
Ang konsepto ng sandali ng puwersa at ang momentum nito
Sandali ng puwersa at momentumsa sandaling ito, ito ay iba pang mga dami na naiiba sa mga isinasaalang-alang sa itaas, dahil ang mga ito ay hindi na nauugnay sa linear, ngunit sa rotational motion. Kaya, ang sandali ng puwersa M¯ ay tinukoy bilang produkto ng vector ng balikat (ang distansya mula sa axis ng pag-ikot hanggang sa punto ng pagkilos ng puwersa) at ang puwersa mismo, iyon ay, ang formula ay wasto:
M¯=d¯F¯
Ang sandali ng puwersa ay sumasalamin sa kakayahan ng huli na magsagawa ng pamamaluktot ng system sa paligid ng axis. Halimbawa, kung hahawakan mo ang wrench palayo sa nut (malaking lever d¯), maaari kang lumikha ng isang malaking sandali M¯, na magbibigay-daan sa iyong alisin ang takip sa nut.
Sa pamamagitan ng pagkakatulad sa linear case, ang momentum M¯ ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagpaparami nito sa pagitan ng oras kung kailan ito gumagana sa isang umiikot na sistema, iyon ay:
M¯Δt=ΔL¯
Ang halaga ΔL¯ ay tinatawag na pagbabago sa angular momentum, o angular momentum. Ang huling equation ay mahalaga para sa pagsasaalang-alang ng mga system na may axis ng pag-ikot, dahil ipinapakita nito na ang angular momentum ng system ay mapangalagaan kung walang mga panlabas na puwersa na lumilikha ng moment M¯, na nakasulat sa matematika tulad ng sumusunod:
Kung M¯=0 kung gayon L¯=const
Kaya, ang parehong momentum equation (para sa linear at circular motion) ay nagiging magkapareho sa mga tuntunin ng kanilang pisikal na kahulugan at mathematical na mga kahihinatnan.
Problema sa Pagbangga ng Ibon-Eroplano
Ang problemang ito ay hindi isang kamangha-manghang bagay. Nangyayari ang mga banggaan na ito.madalas. Kaya, ayon sa ilang data, noong 1972, humigit-kumulang 2.5 libong mga banggaan ng ibon sa labanan at sasakyang panghimpapawid, gayundin sa mga helicopter, ang naitala sa airspace ng Israel (ang zone ng pinakamakapal na paglipat ng ibon)
Ang gawain ay ang mga sumusunod: kinakailangan na humigit-kumulang kalkulahin kung gaano kalaki ang impact force na nahuhulog sa isang ibon kung ang isang sasakyang panghimpapawid na lumilipad sa bilis na v=800 km/h ay makatagpo sa landas nito.
Bago magpatuloy sa desisyon, ipagpalagay natin na ang haba ng ibon sa paglipad ay l=0.5 metro, at ang bigat nito ay m=4 kg (maaari itong, halimbawa, isang drake o isang gansa).
Pabayaan natin ang bilis ng ibon (maliit ito kumpara sa sasakyang panghimpapawid), at isasaalang-alang din natin na mas malaki ang bigat ng sasakyang panghimpapawid kaysa sa mga ibon. Nagbibigay-daan sa amin ang mga pagtatantya na ito na sabihin na ang pagbabago sa momentum ng ibon ay:
Δp=mv
Upang kalkulahin ang impact force F, kailangan mong malaman ang tagal ng insidenteng ito, ito ay tinatayang katumbas ng:
Δt=l/v
Pagsasama-sama ng dalawang formula na ito, makukuha natin ang kinakailangang expression:
F=Δp/Δt=mv2/l.
Ang pagpapalit ng mga numero mula sa kondisyon ng problema dito, makakakuha tayo ng F=395062 N.
Magiging mas visual na isalin ang figure na ito sa isang katumbas na masa gamit ang formula para sa timbang ng katawan. Pagkatapos ay makukuha natin ang: F=395062/9.81 ≈ 40 tonelada! Sa madaling salita, nakikita ng isang ibon ang isang banggaan sa isang eroplano na parang 40 toneladang kargamento ang nahulog dito.
