При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую.

Этот экспериментально установленный факт выражает фундаментальный закон природы – закон сохранения и превращения энергии.

Одним из следствий закона сохранения и превращения энергии является утверждение о невозможности создания «вечного двигателя» (perpetuum mobile) – машины, которая могла бы неопределенно долго совершать работу, не расходуя при этом энергии (рис. 1.20.2).

Рис. 6 Один из проектов «вечного двигателя». Почему эта машина не будет работать?

История хранит немалое число проектов «вечного двигателя». В некоторых из них ошибки «изобретателя» очевидны, в других эти ошибки замаскированы сложной конструкцией прибора, и бывает очень непросто понять, почему эта машина не будет работать. Бесплодные попытки создания «вечного двигателя» продолжаются и в наше время. Все эти попытки обречены на неудачу, так как закон сохранения и превращения энергии «запрещает» получение работы без затраты энергии.

../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Music_nh.gif../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Music_d.gif../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Music_dh.gif../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Sound_nh.gif../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Sound_d.gif../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Sound_dh.gif

../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Fwd_h.gif../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Bwd_h.gif Импульс тела

 

Пусть на тело массой m в течение некоторого малого промежутка времени Δt действовала сила Под действием этой силы скорость тела изменилась на Следовательно, в течение времени Δt тело двигалось с ускорением

Из основного закона динамики (второго закона Ньютона) следует:

Физическая величина, равная произведению массы тела на скорость его движения, называется импульсом тела (или количеством движения). Импульс тела – векторная величина. Единицей измерения импульса в СИ является килограмм-метр в секунду (кг·м/с).

Физическая величина, равная произведению силы на время ее действия, называется импульсом силы. Импульс силы также является векторной величиной.

Второй закон Ньютона может быть сформулирован следующим образом: изменение импульса тела (количества движения) равно импульсу силы.

Обозначив импульс тела буквой второй закон Ньютона можно записать в виде

Именно в таком общем виде сформулировал второй закон сам Ньютон. Сила в этом выражении представляет собой равнодействующую всех сил, приложенных к телу. Это векторное равенство может быть записано в проекциях на координатные оси:

FxΔt = Δpx; FyΔt = Δpy; FzΔt = Δpz.

../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/buttonModel_h.gif

В некоторых случаях среднюю силу F_ср можно определить, если известно время ее действия и сообщенный телу импульс. Например, сильный удар футболиста по мячу массой 0,415 кг может сообщить ему скорость υ = 30 м/с. Время удара приблизительно равно 8·10^–3 с.

Импульс p, приобретенный мячом в результате удара есть: p = mυ = 12,5 кг·м/с.

Следовательно, средняя сила F_ср, с которой нога футболиста действовала на мяч во время удара, есть:

Это очень большая сила. Она приблизительно равна весу тела массой 160 кг.

При нормальном падении мяча массой m на упругую стенку со скоростью после отскока мяч будет иметь скорость Следовательно, изменение импульса мяча за время отскока равно Следовательно, модуль Δp изменения импульса связан с модулем υ скорости мяча соотношением Δp = 2mυ.

../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Music_nh.gif../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Music_d.gif../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Music_dh.gif../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Sound_nh.gif../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Sound_d.gif../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Sound_dh.gif

../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Fwd_h.gif../../../../Program Files/Physicon/Open Physics 2.5 part 1/design/images/Bwd_h.gifЗакон сохранения импульса. Реактивное движение

При взаимодействии тел импульс одного тела может частично или полностью передаваться другому телу. Если на систему тел не действуют внешние силы со стороны других тел, такая система называется замкнутой.