Selalunya dalam fizik mereka bercakap tentang momentum badan, membayangkan jumlah pergerakan. Malah, konsep ini berkait rapat dengan kuantiti yang sama sekali berbeza - dengan daya. Dorongan daya - apakah itu, bagaimana ia diperkenalkan ke dalam fizik, dan apakah maksudnya: semua isu ini dibincangkan secara terperinci dalam artikel.
Jumlah pergerakan
Momentum jasad dan momentum daya adalah dua kuantiti yang saling berkaitan, lebih-lebih lagi, secara praktikalnya ia bermaksud perkara yang sama. Mula-mula, mari kita analisa konsep momentum.
Jumlah pergerakan sebagai kuantiti fizik pertama kali muncul dalam karya saintifik saintis moden, khususnya pada abad ke-17. Adalah penting untuk diperhatikan dua tokoh di sini: Galileo Galilei, orang Itali yang terkenal, yang memanggil kuantiti yang dibincangkan sebagai impeto (momentum), dan Isaac Newton, orang Inggeris yang hebat, yang, sebagai tambahan kepada kuantiti motus (gerakan), juga menggunakan konsep vis motrix (daya penggerak).
Jadi, saintis yang dinamakan di bawah jumlah gerakan memahami hasil darab jisim objek dan kelajuan pergerakan linearnya di angkasa. Takrifan dalam bahasa matematik ini ditulis seperti berikut:
p¯=mv¯
Perhatikan bahawa kita bercakap tentang nilai vektor (p¯), diarahkan ke arah pergerakan badan, yang berkadar dengan modulus kelajuan, dan jisim badan memainkan peranan pekali perkadaran.
Hubungan antara momentum daya dan perubahan p¯
Seperti yang dinyatakan di atas, selain momentum, Newton turut memperkenalkan konsep daya penggerak. Dia mentakrifkan nilai ini seperti berikut:
F¯=ma¯
Ini ialah undang-undang yang biasa bagi kemunculan pecutan a¯ pada jasad akibat beberapa daya luar F¯ yang bertindak ke atasnya. Formula penting ini membolehkan kita memperoleh hukum momentum daya. Ambil perhatian bahawa a¯ ialah terbitan masa bagi kadar (kadar perubahan v¯), yang bermaksud:
F¯=mdv¯/dt atau F¯dt=mdv¯=>
F¯dt=dp¯, dengan dp¯=mdv¯
Formula pertama dalam baris kedua ialah impuls daya, iaitu nilai yang sama dengan hasil darab daya dan selang masa semasa ia bertindak ke atas jasad. Ia diukur dalam newton sesaat.
Analisis formula
Ungkapan untuk impuls daya dalam perenggan sebelumnya juga mendedahkan maksud fizikal kuantiti ini: ia menunjukkan berapa banyak perubahan momentum dalam tempoh masa dt. Ambil perhatian bahawa perubahan ini (dp¯) adalah bebas sepenuhnya daripada jumlah momentum badan. Dorongan daya adalah punca perubahan momentum, yang boleh membawa kepada kedua-duanyapeningkatan dalam yang terakhir (apabila sudut antara daya F¯ dan kelajuan v¯ kurang daripada 90o), dan penurunannya (sudut antara F¯ dan v¯ lebih besar daripada 90o).
Dari analisis formula, kesimpulan penting berikut: unit ukuran impuls daya adalah sama dengan p¯ (newton sesaat dan kilogram semeter sesaat), lebih-lebih lagi, yang pertama nilai adalah sama dengan perubahan dalam detik, oleh itu, bukannya dorongan daya, frasa sering digunakan "momentum badan", walaupun lebih tepat untuk mengatakan "perubahan dalam momentum".
Kekuatan bergantung dan bebas daripada masa
Hukum impuls daya dibentangkan di atas dalam bentuk pembezaan. Untuk mengira nilai kuantiti ini, adalah perlu untuk menjalankan penyepaduan sepanjang masa tindakan. Kemudian kita mendapat formula:
∫t1t2 F¯(t)dt=Δp¯
Di sini, daya F¯(t) bertindak ke atas jasad pada masa Δt=t2-t1, yang membawa kepada perubahan momentum sebanyak Δp¯. Seperti yang anda boleh lihat, momentum daya ialah kuantiti yang ditentukan oleh daya bergantung masa.
Sekarang mari kita pertimbangkan situasi yang lebih mudah, yang direalisasikan dalam beberapa kes eksperimen: kita akan menganggap bahawa daya tidak bergantung pada masa, maka kita boleh dengan mudah mengambil kamiran dan mendapatkan formula mudah:
F¯∫t1t2 dt=Δp¯ =>F¯(t2-t1)=Δp¯
Persamaan terakhir membolehkan anda mengira momentum daya malar.
Apabila membuat keputusanmasalah sebenar untuk menukar momentum, walaupun pada hakikatnya daya secara amnya bergantung pada masa tindakan, ia diandaikan malar dan beberapa nilai purata berkesan F¯ dikira.
Contoh manifestasi dalam amalan dorongan daya
Apakah peranan yang dimainkan oleh nilai ini, adalah paling mudah untuk memahami contoh khusus daripada amalan. Sebelum memberikannya, mari tulis formula yang sepadan sekali lagi:
F¯Δt=Δp¯
Perhatikan, jika Δp¯ ialah nilai malar, maka modulus momentum daya juga adalah pemalar, jadi semakin besar Δt, semakin kecil F¯, dan sebaliknya.
Sekarang mari kita berikan contoh konkrit momentum dalam tindakan:
- Seseorang yang melompat dari mana-mana ketinggian ke tanah cuba membengkokkan lututnya apabila mendarat, dengan itu meningkatkan masa Δt kesan permukaan tanah (menyokong daya tindak balas F¯), dengan itu mengurangkan kekuatannya.
- Petinju, dengan memesongkan kepalanya daripada pukulan, memanjangkan masa sentuhan Δt sarung tangan pihak lawan dengan mukanya, mengurangkan daya hentaman.
- Kereta moden cuba direka bentuk sedemikian rupa sehingga sekiranya berlaku perlanggaran, badan mereka akan berubah bentuk sebanyak mungkin (ubah bentuk ialah proses yang berkembang dari semasa ke semasa, yang membawa kepada penurunan ketara dalam daya perlanggaran dan, akibatnya, pengurangan risiko kecederaan kepada penumpang).
Konsep momen daya dan momentumnya
Momen daya dan momentummasa ini, ini adalah kuantiti lain yang berbeza daripada yang dipertimbangkan di atas, kerana ia tidak lagi berkaitan dengan linear, tetapi dengan gerakan putaran. Jadi, momen daya M¯ ditakrifkan sebagai hasil vektor bahu (jarak dari paksi putaran ke titik tindakan daya) dan daya itu sendiri, iaitu formulanya sah:
M¯=d¯F¯
Momen daya mencerminkan keupayaan yang terakhir untuk melakukan kilasan sistem di sekeliling paksi. Contohnya, jika anda menahan sepana dari nat (tuil besar d¯), anda boleh mencipta momen besar M¯, yang akan membolehkan anda menanggalkan nat.
Dengan analogi dengan kes linear, momentum M¯ boleh diperolehi dengan mendarabkannya dengan selang masa semasa ia bertindak pada sistem berputar, iaitu:
M¯Δt=ΔL¯
Nilai ΔL¯ dipanggil perubahan momentum sudut, atau momentum sudut. Persamaan terakhir adalah penting untuk mempertimbangkan sistem dengan paksi putaran, kerana ia menunjukkan bahawa momentum sudut sistem akan dikekalkan jika tiada daya luar yang mencipta momen M¯, yang ditulis secara matematik seperti berikut:
Jika M¯=0 maka L¯=const
Oleh itu, kedua-dua persamaan momentum (untuk gerakan linear dan bulat) ternyata serupa dari segi makna fizikal dan akibat matematiknya.
Masalah Perlanggaran Pesawat Burung
Masalah ini bukanlah sesuatu yang hebat. Perlanggaran ini memang berlaku.selalunya. Oleh itu, menurut beberapa data, pada tahun 1972, kira-kira 2.5 ribu perlanggaran burung dengan pesawat tempur dan pengangkutan, serta dengan helikopter, telah direkodkan di ruang udara Israel (zon penghijrahan burung paling padat)
Tugas adalah seperti berikut: adalah perlu kira-kira mengira jumlah daya hentaman yang jatuh ke atas burung jika pesawat terbang pada kelajuan v=800 km/j ditemui di laluannya.
Sebelum meneruskan keputusan, mari kita anggap bahawa panjang burung dalam penerbangan ialah l=0.5 meter, dan jisimnya ialah m=4 kg (ia boleh, sebagai contoh, drake atau angsa).
Mari kita abaikan kelajuan burung (ia adalah kecil berbanding dengan pesawat), dan kami juga akan menganggap jisim pesawat itu jauh lebih besar daripada jisim burung. Anggaran ini membolehkan kita mengatakan bahawa perubahan dalam momentum burung ialah:
Δp=mv
Untuk mengira daya hentaman F, anda perlu mengetahui tempoh kejadian ini, ia lebih kurang sama dengan:
Δt=l/v
Menggabungkan kedua-dua formula ini, kami mendapat ungkapan yang diperlukan:
F=Δp/Δt=mv2/l.
Menggantikan nombor daripada keadaan masalah ke dalamnya, kita mendapat F=395062 N.
Ia akan menjadi lebih visual untuk menterjemah angka ini kepada jisim yang setara menggunakan formula untuk berat badan. Kemudian kita dapat: F=395062/9.81 ≈ 40 tan! Dalam erti kata lain, seekor burung melihat perlanggaran dengan kapal terbang seolah-olah 40 tan kargo telah jatuh ke atasnya.
