Импульс. Закон сохранения импульса
Лекция №6. Силы трения. Импульс и импульс силы. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Механическая работа. Мощность. Решение задач. Механическая энергия тела и ее виды. Закон сохранения энергии в механике.
План:
1. Сухое и жидкое (вязкое) трение.
2. Максимальная сила трения покоя.
3. Формула для вычисления силы трения скольжения.
4. Особенности сил сопротивления при движении твердых тел в жидкостях и газах.
5. Формулы вычисления сил сопротивления при движении твердых тел в жидкостях и газах.
Трение – физическое явление, сопровождающее всякое движение на Земле. При любом механическом движении тела соприкасаются либо друг с другом, либо с окружающей их сплошной жидкой или газообразной средой. В результате соприкосновения возникает сила трения, которая препятствует движению. Трение может быть полезно, и тогда мы стремимся его увеличить. В случаях, когда трение вредно, принимаются меры для его уменьшения.
Различают следующие виды трения:
1. сухое;
2. жидкое (вязкое).
Сухое трение бывает трех видов:
1. трение покоя;
2. трение скольжения;
3. трение качения.
Причины возникновения силы трения:
1. шероховатость поверхностей соприкасающихся тел.
2. взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел.
Сухое трение − трение, возникающее при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Силы сухого трения всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям.
|
|
|
Сухое трение, возникающее при относительном покое тел, называют трением покоя.
Сухое трение, возникающее при относительном движении тел, называют трением скольжения.
Трение качения возникает, когда одно тело катится по поверхности другого тела.
Закон, выражающий зависимость максимального значения модуля силы трения покоя от модуля силынормальной реакции опорывпервые экспериментально установил французский военный инженер и учёный-физик Шарль Огюстен де Кулон. Согласно этому закону, максимальное значение модуля силы трения покоя прямо пропорционально модулю силы нормальной реакции опоры
Fтр.макс = µN,
где Fтр.макс - модуль максимальной силы трения покоя, µ- коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения покоя.
Коэффициент трения µ характеризует обе трущиеся поверхности и зависит не только от материала этих поверхностей, но и от качества их обработки. Коэффициент трения определяется экспериментально.
Трение скольжения. Сила трения скольжения также направлена вдоль поверхности соприкосновения тел, но в отличие от силы трения покоя, которая противоположна внешней силе, стремящейся сдвинуть тело, сила трения скольжения всегда направлена противоположно относительной скорости. Модуль силы трения скольжения, как и максимальной силы трения покоя, тоже пропорционален прижимающей силе, а значит, нормальной силе реакции опоры:
|
|
|
При не слишком больших относительных скоростях движения сила трения скольжения мало отличается от максимальной силы трения покоя. Поэтому приближенно можно считать ее постоянной и равной максимальной силе трения покоя:
Fтр ≈ Fтр.макс = µN.
Важно!Сила трения зависит от относительной скорости движения тел. В этом ее главное отличие от сил тяготения и упругости, зависящих только от расстояний.
При движении твердого тела в жидкости или газе возникает силa жидкого (вязкого) трения. Сила жидкого трения значительно меньше силы сухого трения. Эта сила направлена против скорости тела относительно среды и тормозит движение.
Главная особенность силы сопротивления состоит в том, что она появляется только при наличии относительного движения тела и окружающей среды. Сила трения покоя в жидкостях и газах полностью отсутствует.Поэтому усилием рук можно сдвинуть тяжелую баржу в воде, а сдвинуть поезд усилием рук невозможно.
|
|
|
Модуль силы сопротивления Fc зависит от размеров, формы и состояния поверхности тела, свойств среды (жидкости или газа), в которой тело движется, и, наконец, от относительной скорости движения тела и среды.
Примерный характер зависимости модуля силы сопротивления от модуля относительной скорости тела показан на рисунке
При относительной скорости, равной нулю, сила сопротивления не действует на тело (Fc=0). С увеличением относительной скорости сила сопротивления сначала растет медленно, а затем все быстрее и быстрее. При малых скоростях движения силу сопротивления можно считать прямо пропорциональной скорости движения тела относительно среды:
Fc = k1v,(1)
где k1- коэффициент сопротивления, зависящий от формы, размеров, состояния поверхности тела и свойств среды - ее вязкости.
Вычислить коэффициент k1 теоретически для тел сколько-нибудь сложной формы не представляется возможным, его определяют опытным путем.
При больших скоростях относительного движения сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости:
Fc = k2v2, (2)
где k2 - коэффициент сопротивления, отличный от k1.
Только опытным путём можно определить, какая из формул - (1) или (2) - подходит для использования в конкретной практической задаче.
|
|
|
Итак, основными особенностями силы сопротивления, действующей на тело, являются:
1) отсутствие силы трения покоя; 2) зависимость от относительной скорости движения.
Импульс. Закон сохранения импульса
План:
1) импульс тела, импульс силы, замкнутая система;
2) абсолютно упругий, абсолютно неупругий удар;
3) закон сохранения импульса;
4) границы применимости закона;
5) проявление закона сохранения импульса в технике и природе.
Основное содержание урока
Импульс тела (материальной точки) представляет собой векторную величину, равную произведению массы тела на скорость тела: 
Направление импульса всегда совпадает с направлением скорости, так как m > 0, то
Любое движущееся тела имеет импульс.
Единица измерения импульса:
.
Произведение силы на время её действия называется импульсом силы.
Второй закон Ньютона в импульсной форме.
Изменение импульса тела (материальной точки) равно импульсу действующей на него силы:
Импульс тела равен сумме импульсов отдельных его элементов:
Импульс системы тела равен векторной сумме импульсов каждого из тел системы:
Импульс обладает интересным свойством сохраняться, которое есть только у нескольких физических величинах.
Силы, с которыми взаимодействуют тела системы друг с другом, называются внутренними, а силы, создаваемые телами, которые не принадлежат этой системе, являются внешними силами.
Система, в которой внешние силы не действуют или сумма внешних сил равна нулю, называется замкнутой.
Полный импульс тел сохраняется, в замкнутой системе тела могут только обмениваться импульсами.
Столкновение тел представляет собой взаимодействие тел при их относительном перемещении. Абсолютно неупругий удар - это столкновение двух тел, которые объединяются и движутся дальше как одно целое.
Закон сохранения импульса при неупругом ударе:
Абсолютно упругий удар - столкновение тел, при котором тела не соединяются в одно целое и их внутренние энергии остаются неизменными.
Закон сохранения импульса при упругом ударе:
Закон сохранения импульса.
Если внешние силы на систему не действуют или их сумма равна нулю, то импульс системы остается неизменным:
Закон сохранения импульса является одним из основных законов физики.
Границы применимости закона сохранения импульса: замкнутая система.
Закон сохранения импульса с честью выдержал испытание временем и до сих пор он продолжает свое триумфальное шествие.
Он дал неоценимый инструмент для исследования ученым, как один из фундаментальных законов физики, ставя запрет одним процессам и открывая дорогу другим.
Действие этого закона проявляется в науке, в технике, в природе и в повседневной жизни. Всюду этот закон работает отлично - реактивное движение, атомные и ядерные превращения, взрыв и т.д.
Во многих повседневных ситуациях помогает разобраться понятие импульса.
Рене Декарт попытался использовать термин «импульс» вместо силы. Это связано с тем, что силу трудно измерить, а массу и скорость измерить несложно. Поэтому вместо импульса часто говорят количество движения (Именно Ньютон первым назвал произведение массы тела на скорость количеством движения).
Декарт понимал большое значение понятия количества движения — или импульса тела — как произведения массы тела на скорость. Но он совершил ошибку, не рассматривая количество движения как векторную величину. Ошибка эта была исправлена в начале XVIII века.
Используя закон сохранения импульса можно «найти» и невидимые объекты, например, электромагнитные волны, излучаемые открытым колебательным контуром, или антинейтрино – субатомные частицы, не оставляющие следов в детекторах.
Реактивное движение
План:
1) практическое применение закона сохранения импульса;
2) реактивное движение, реактивная сила;
3) использование реактивного движения в природе и технике;
4) этапы исторического развития освоения космоса;
Движение тела, которое возникает при отделении с определённой скоростью какой-либо его части, называется реактивным.
Реактивное движение издревле существует в природе. Его для своего перемещения используют некоторые живые существа: кальмары, осьминоги, каракатицы, медузы и т.д. Они всасывают, а затем с силой выталкивают из себя воду, за счёт этого они движутся. Реактивное движение встречается и в быту. Примеры: движение резинового шланга, когда мы включаем воду, салюты и т.д.
Яркий пример реактивного движения в технике - это движение ракеты при истечении из неё струи горючего газа, которая образуется при сгорании топлива.
Сила, с которой ракета действует на газы, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой газы отталкивают от себя ракету:
При реактивном движении возникает сила, которая называется реактивной. Сила 
- это реактивная сила.
Особенностью реактивной силы является то, что она возникает без взаимодействия с внешними телами.
Согласно закону сохранения импульса: импульс вырывающихся газов равен импульсу ракеты.
Закон сохранения импульса позволяет оценить скорость ракеты.
Закон сохранения импульса для реактивного движения:
откуда скорость ракеты:
Скорость ракеты тем больше, чем больше скорость выбрасываемых газов и отношение массы топлива к массе ракеты. Эта формула справедлива для случая мгновенного сгорания топлива. На самом деле топливо сгорает постепенно, т.к. мгновенное сгорание приводит к взрыву.
Точная формула для скорости ракеты была получена в 1897 году К.Э. Циолковским.
Первую конструкцию ракеты для космических полётов предложил Константин Эдуардович Циолковский – русский учёный, основоположник теоретической космонавтики. Он обосновал использование ракет для полётов в космос, сделал вывод о необходимости использования многоступенчатых ракет.
Идеи Циолковского воплотил в жизнь советский учёный, инженер-конструктор С.П. Королёв. 4 октября 1957 года считается началом космической эры. В этот день конструкторский коллектив под руководством Королёва осуществил запуск первого искусственного спутника Земли.
12 апреля 1961 г. впервые в мире на орбиту Земли был выведен космический корабль, в котором находился лётчик-космонавт СССР Юрий Алексеевич Гагарин. Он открыл дорогу в космос. В космосе нельзя использовать другие двигатели, кроме реактивных, так как там нет опоры, отталкиваясь от которой космический корабль мог бы получить ускорение. Реактивные двигатели применяют для самолётов и ракет, не выходящих за пределы атмосферы, чтобы максимально увеличить скорость полёта.
Реактивные двигатели делятся на два класса: ракетные и воздушно-реактивные. Воздушно-реактивные в основном используют на самолётах. Современная космическая ракета - это очень сложное и тяжелое устройство, состоящее из оболочки и топлива с окислителем.
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 23; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!