Начав двигаться, тело имеет тенденцию продолжать движение. Первый закон механики Ньютона гласит: если тело движется, то при отсутствии внешних воздействий оно так и будет двигаться дальше прямолинейно и равномерно до тех пор, пока оно не подвергнется воздействию внешней силы. Эту тенденцию называют линейным импульсом. С ней часто сталкиваемся в повседневной жизни. Бильярдный шар катится по столу с той скоростью, которая придана ему кием, копье летит с той скоростью, с которой его метнули.
Физики определяют линейный импульс тела p как его массу m, умноженную на его скорость v:
p = mv
Буквы p и v выделены полужирным шрифтом, чтобы показать, что эти величины характеризуются не только абсолютным значением, но и направлением. Так, применительно к скорости, мы не просто говорим, что машина движется со скоростью 40 км/ч, а что она движется со скоростью 40 км/ч, например, на север. Величина, которая кроме абсолютного значения имеет направление, называется вектором.
Понятно, что, согласно первому закону Ньютона, количество движения отдельно взятого тела в отсутствии внешних сил сохраняется. Закон же сохранения импульса гласит, что при соблюдении этого условия сохраняется векторная сумма импульсов всех тел, входящих в замкнутую механическую систему. В таком представлении система из двух бильярдных шаров массой m, пущенных друг навстречу другу с одинаковыми скоростями v, будет иметь нулевой момент импульса, хотя каждый из шаров по отдельности и обладает импульсом mv. Однако импульсы шаров взаимно погасятся вследствие их векторной природы (поскольку их скорости противоположно направлены).
Что я понял о ИП конференция Физика АллатРа
Вообще, любая величина, характеризующая систему и не изменяющаяся в результате взаимодействия внутри нее, называется консервативной, и для нее имеется свой закон сохранения. В частности, в механических системах, помимо закона сохранения импульса действует еще и закон сохранения момента импульса или количества вращения — величины, которая описывает количество движения тел вокруг собственной оси и по изогнутым траекториям.
Что же происходит при прямолинейном соударении двух бильярдных шаров на встречных курсах? Происходит сразу несколько явлений. Во-первых, в момент столкновения шары слегка деформируются и часть их кинетической энергии переходит в тепловую. Во-вторых, мы знаем, что совокупный импульс системы из двух шаров не изменяется и остается равным нулю. Значит, видя, что один шар откатывается после лобового столкновения в обратном направлении с определенной скоростью, мы можем с уверенностью сказать, что второй шар в данный момент времени катится в обратном направлении с ровно той же скоростью.
Второй закон механики Ньютона, кстати, можно легко интерпретировать и как формулу, согласно которой скорость изменения импульса равна силе, приложенной к замкнутой системе. Таким образом, чтобы изменить импульс системы, требуется внешняя сила. В молекулярно-кинетической теории, например, это наглядно просматривается: давление объясняется импульсами ударов молекул о стенки сосуда, содержащего газ. Поскольку молекулы газа упруго отскакивают в обратном направлении, их импульсы меняются на противоположные, а значит, стенка оказывает силовое воздействие на ударяющиеся об нее молекулы. Но это означает, что и молекулы, в силу третьего закона Ньютона, оказывают силовое воздействие на стенку, которое и воспринимается нами как давление.
Из «физика» в ИП на ОСН: как сдать недвижку и попасть на НДС
Источник: elementy.ru
Инерция
Представьте ситуацию: вы едете в автомобиле или автобусе. Если транспорт резко трогается с места, что с вами происходит? Ваше тело наклоняется назад. Движение началось, а ваше тело будто продолжает находиться в состоянии покоя.
А если резко затормозить? Вас потянет вперед. Хоть автомобиль/автобус и остановился, ваше тело продолжает движение, хоть и в течение всего нескольких секунд.
Что же происходит в данных ситуациях? Какое физическое явление может описать это? Для того чтобы ответить на эти вопросы, нам понадобится разобраться с причинами движения, когда оно возникает и как изменяется его скорость.
Изменение скорости движения
Наблюдения и опыты показывают, что скорость тела не может изменяться сама по себе. Рассмотрим несколько простых примеров.
Изменение скорости в начале движения
В детстве вы наверняка играли с машинками, и имеете представление о том, что нужно сделать, чтобы машинка приобрела скорость. На нее требуется воздействовать с некоторой силой (рисунок 1). Если машинку не трогать, то она так и останется стоять на том же месте.
Футбольный мяч лежит на поле. Ударом мы приводим его в движение (рисунок 2). Сам мяч не начнет двигаться, пока не него не подействует какое-нибудь другое тело.
То есть и игрушечная машинка, и футбольный мяч не меняют свою скорость и не начинают движение, пока на них не подействуют другие тела.
Изменение скорости в конце движения
Хорошо, если никак не воздействовать на тело, то оно и начнет движение. А если тело уже находится в движении, и его скорость начинает изменяться или вообще становится равной нулю? Это тоже не происходит без причины.
Как может остановиться игрушечная машинка? Например, она остановится, если столкнется с другой игрушкой (рисунок 3).
После того, как мы пнули мяч, он будет катиться по земле. Из-за этого на него будет действовать сила трения о землю. В итоге, он остановится (рисунок 4).
Значит, тела уменьшают свою скорость и останавливаются под действием других тел, а не сами по себе.
Изменение направления движения
Помимо численного значения, скорость имеет и направление. Направление также может изменяться во время движения:
- во время игры в футбол, мяч меняет свое направление после того, как игроки ударяет его ногами (рисунок 5);
- игрушечная машинка поедет в другую сторону, если ребенок толкнет ее.
Заметим, что направление движения меняется даже у молекулы газа после удара о стенку о стенку сосуда или столкновения с другой молекулой.
Так мы можем сказать, что изменение направления скорости происходит под действием другого тела.
Выводы
Сделаем вывод. В результате чего изменяется скорость тела?
Изменение скорости тела (ее величины и направления) происходит в результате действия на него другого тела.
Сохранение скорости движения
Какой опыт показывает, как изменяется скорость тела при возникновении препятствия?
Рассмотрим такой опыт, проиллюстрированный на рисунке 6.
В нашем распоряжении небольшая горка, которую продолжает прямая поверхность, песок и тележка. Насыпаем песок недалеко от горки (рисунок 6, а). Запустим тележку. Скатившись с горки и уткнувшись в песок, тележка быстро остановится.
Теперь попробуем выровнять песок и снова запустить тележку. На этот раз тележка пройдет большее расстояние, прежде чем остановиться (рисунок 6, б).
Полностью убрав песок с поверхности, повторим опыт (рисунок 6, в). Теперь тележка пройдет еще большее расстояние. Ее скорость будет уменьшаться, но гораздо медленнее – теперь препятствует ее движению только сила трения о поверхность. Также мы можем заметить, как от неравномерного движения (резкая остановка, движение по песку) движение тележки становится ближе к равномерному.
Итак, чем меньше действие другого тела на тележку, тем дольше сохраняется скорость ее движения и тем ближе оно к равномерному.
Инерция
А как тогда движется тело, если на него не действуют другие тела? Галилео Галилей (рисунок 7), благодаря своим опытам, установил, что в таком случае тело будет находиться или в покое, или двигаться равномерно и прямолинейно относительно Земли.
Здесь и появляется понятие инерции.
Инерция – это явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел.
Термин произошел от лат. inertis – бездеятельный. Так называли людей, которые ничего не хотели менять, и заставить их что-то сделать было очень трудно. Похожая ситуация в физике: если тело обладает большой инертностью, то изменить его скорость очень тяжело.
Танкер, например, начинает торможение за несколько километров до порта назначения, когда даже не видно берега, так как у него огромная масса и инертность (рисунок 9). Отключив двигатели, он будет продолжать двигаться ещё очень долго.
В регби и других контактных видах спорта, где часто происходят столкновения, инертность играет ключевую роль. Чем инертнее спортсмен, тем тяжелее его остановить.
Упражнения
Упражнение №1
Встряхните медицинский термометр. Почему показание столбика ртути начинает падать?
Когда мы встряхиваем термометр, то и он, и ртуть внутри него, движется вместе в нашей рукой. Когда наша рука останавливается, останавливается и градусник, потому что мы плотно его держим. А вот ртуть внутри термометра продолжает свое движение по инерции — столбик падает.
Упражнение №2
Почему при езде на автомобиле необходимо пристегивать ремни безопасности?
При езде на автомобиле человек движется вместе с ним. Если автомобиль вдруг резко затормозит (например, при аварии), человек внутри автомобиля продолжит двигаться по инерции и может вылететь из машины или сильно удариться. Ремень безопасности же удерживает людей в сиденьях, не позволяя получить травмы.
Задание
На плотную салфетку положите две монетки, а на них перевернутый стакан. Третью монетку, меньшего размера и толщины, положите между ними (рисунок 10). Достаньте маленькую монетку, не прикасаясь к стакану и монетам и не используя других предметов.
Для того, чтобы достать маленькую монетку, нужно резко выдернуть салфетку. Стакан, придавливающий две большие монеты, останется вместе с ними на месте. В это время маленькая монетка останется на салфетке — она попадет к вам в руки, после того, как вы резко дернете эту самую салфетку.
Источник: obrazavr.ru
Инерция
Механика описывает движение и взаимодействие макроскопических тел. Одним из базовых понятий в этом разделе физики является понятие инерции. На его основе был сформулирован первый закон механики Ньютона, устанавливающий существование инерциальных систем отсчета. Определение термина «инерция» — сохранение телами скорости, если на них не действуют другие тела.
Явление инерции
Для любого человека привычно, что брошенный камень при отрыве от руки продолжает движение и летит самостоятельно, хотя сила руки на него уже не действует.
Явление, заключающееся в том, что тела сохраняют свою скорость, когда на них не действуют другие тела, называется явлением инерции.
Примерами инерции могут служить не только брошенные камни, но и любые другие предметы, движущиеся свободно и необязательно прямолинейно. Раскрученный маховик также вращается некоторое время по инерции, и на этой основе даже существуют игрушки с инерционным механизмом, которые могут довольно долго двигаться после запуска.
Явление инерции далеко не так очевидно, как кажется. Например, для легких тел, вроде пуха, инерция, казалось бы, отсутствует. Более того, со времен Аристотеля считалось, что для того, чтобы тело двигалось равномерно и прямолинейно, необходимо постоянное действие внешней силы.
Лишь в эпоху Возрождения появилось сомнение в правоте античных философов. Г. Галилей сформулировал закон инерции, который звучит следующим образом: в отсутствие влияния других тел тело всегда сохраняет либо состояние покоя, либо прямолинейного и равномерного движения. Поэтому такое движение, которое совершается телом без влияния других тел называется «движением по инерции». В дальнейшем это утверждение было обобщено И. Ньютоном в его первом законе механики.
Заблуждение античных философов базируется на том факте, что в реальном мире, как правило, невозможно создать условия, при которых тело не испытывало бы влияния других тел. Всегда существуют как минимум две силы, воздействующие на движущееся тело: сила тяжести и сила трения. И если влияние силы тяжести можно исключить, двигаясь перпендикулярно ее вектору, то силу трения исключить практически невозможно. Для больших скоростей и для тел большой поверхности (по сравнению с весом) существенное значение также приобретает сила сопротивления воздуха, поэтому формулы движения должны ее учитывать.
Инертность тел
При сравнении движения тел по инерции под действием сопротивления среды можно заметить, что это движение может быть различно, даже если сопротивление среды будет одинаковым.
Например, если взять металлический и пенопластовый шарики одинакового размера, то после броска металлический шарик пролетит значительно дальше пенопластового, хотя начальная скорость и размеры обоих шариков (а значит, и сила сопротивления) будут одинаковы. Различие в поведении шариков здесь объясняется тем, что они имеют различную инертность.
Инертность тел — это свойство, состоящее в том, что для изменения скорости тела требуется некоторое время, тем большее, чем больше инертность тела. Мерой инертности тел является специальная физическая величина — масса.
Именно поэтому металлический шарик пролетит дальше пенопластового: его масса больше, следовательно, его инертность также больше, и одной и той же силе сопротивления требуется больше времени для того, чтобы остановить его.
Что мы узнали?
Инерция — это свойство всех тел, которое заключается в том, что они сохраняют свою скорость, если на них не действуют другие тела. Закон инерции был сформулирован Г. Галилеем и обобщен И. Ньютоном. Для изменения скорости тела обязательно требуется воздействие со стороны другого тела, и это воздействие должно быть тем длительнее, чем больше инертность первого тела. Мерой инертности является масса.
Источник: obrazovaka.ru
