Физика · 9 класс2 четвертьТема 3Лабораторная работаГОСО РК 2026Средний

Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение

Импульс материальной точки (количество движения): p = m · v. Импульс силы: F · Δt = Δp. Закон сохранения импульса в замкнутой системе тел. Упругий и абсолютно неупругий удары. Реактивное движение и формула Циолковского.

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы4 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ2 четвертьдескрипторы ГОСО

Импульсом тела (или количеством движения, p) называют векторную физическую величину, равную произведению массы тела m на вектор его мгновенной скорости v:

p=m⋅vp = m \cdot v.

Вектор импульса всегда строго сонаправлен с вектором скорости тела. В СИ импульс измеряется в килограммах на метр в секунду (кг · м/с).

Импульс силы — произведение вектора силы F на время ее действия Δt:

I = F · Δt (измеряется в Н · с = кг · м/с).

Второй закон Ньютона в импульсной форме (в формулировке самого Ньютона): изменение импульса тела равно импульсу действующей на него силы:

Δp = p₂ - p₁ = F · Δt → F = Δp / Δt.

Сила равна быстроте изменения импульса тела во времени.

Формула импульса тела и силыВекторный характер
p=m⋅v;Δp=F⋅Δt;F=(m⋅v−m⋅v0)/tp = m \cdot v;\quad \Delta p = F \cdot \Delta t;\quad F = (m \cdot v - m \cdot v_0) / t
где p — импульс тела (кг·м/с), F — сила (Н), Δt — длительность удара или взаимодействия (с).
Векторный характер
Если мяч отскакивает от стены с той же скоростью, изменение импульса равно Δp = m·v - (-m·v) = 2·m·v!

Механической системой называют совокупность тел, выделенных для рассмотрения. Силы взаимодействия между телами самой системы называют внутренними силами; силы действия внешних объектов — внешними силами.

Замкнутой (изолированной) системой называют механическую систему, на которую не действуют внешние силы (или векторная сумма всех внешних сил равна нулю: Σ Fвнеш = 0).

Закон сохранения импульса (ЗСИ): геометрическая (векторная) сумма импульсов тел, образующих замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой:

p₁ + p₂ + ... + pn = const → m₁·v₁ + m₂·v₂ = m₁·u₁ + m₂·u₂,

где v — скорости тел до взаимодействия, u — скорости тел после взаимодействия.

Шаг 1
Сделать чертеж ДО и ПОСЛЕ
Изобразить тела и направить координатную ось OX вдоль линии соударения.
Шаг 2
Записать ЗСИ в векторном виде
m₁·v₁ + m₂·v₂ = m₁·u₁ + m₂·u₂.
Шаг 3
Спроецировать с учетом знаков
Скорости по оси пишутся с плюсом, против оси — с минусом, после чего выражается неизвестная скорость.
Закон сохранения импульсаПроекции на ось
m1⋅v1+m2⋅v2=m1⋅u1+m2⋅u2;Σpдо=Σpпослеm_1 \cdot v_1 + m_2 \cdot v_2 = m_1 \cdot u_1 + m_2 \cdot u_2;\quad Σ p_{\text{до}} = Σ p_{\text{после}}
Закон сохранения импульса является фундаментальным законом природы и следствием однородности пространства.
Проекции на ось
Уравнение ЗСИ всегда записывают в проекциях на координатную ось с учетом направления векторов скоростей (+ или -)!

1. Абсолютно неупругий удар — соударение, при котором взаимодействующие тела деформируются и после столкновения соединяются в единое целое, продолжая двигаться с общей скоростью u.

Формула скорости после неупругого удара:

u=(m1⋅v1+m2⋅v2)/(m1+m2)u = (m_1 \cdot v_1 + m_2 \cdot v_2) / (m_1 + m_2).

При неупругом ударе закон сохранения импульса выполняется строго, но механическая энергия НЕ сохраняется — часть кинетической энергии переходит во внутреннюю энергию деформации и нагревания тел (Q = ΔEk).

2. Абсолютно упругий удар — соударение, при котором механическая деформация обратима, и механическая энергия системы сохраняется полностью (сохраняются одновременно и суммарный импульс, и суммарная кинетическая энергия: соударение бильярдных шаров, упругих стальных шаров колыбели Ньютона, атомных ядер).

НЕУПРУГИЙ УДАР

Слипание тел (u = const)

Тела движутся вместе: u = (m₁v₁ + m₂v₂) / (m₁ + m₂); механическая энергия частично теряется в тепло.
УПРУГИЙ УДАР

Отскок без потерь

Сохраняются и импульс, и механическая энергия: ΔEk = 0; соударение атомов и стальных шаров.

Реактивным называют движение тела, возникающее при отделении от него с некоторой скоростью какой-либо его части.

Физическая основа реактивного движения — закон сохранения импульса. При выбросе струи газов из сопла ракеты назад ракета приобретает противоположный импульс вперед без необходимости опираться на воздух или землю:

mракеты · vракеты + mгазов · vгазов = 0 → vракеты = - (mгазов / mракеты) · vгазов.

Именно поэтому ракетный двигатель превосходно работает в абсолютном вакууме космоса!

Реактивное движение в живой природе: медузы, кальмары, осьминоги, каракатицы засасывают воду в мантийную полость и с силой выталкивают ее через воронку, перемещаясь рывками со скоростью до 60 км/ч.

КАЛЬМАРЫ И МЕДУЗЫ

Биореактивное движение

Периодический выброс струи воды создает направленную силу движения в гидросфере.
КОСМИЧЕСКАЯ РАКЕТА

Движение в вакууме

Истечение продуктов сгорания топлива со скоростью до 3000–4500 м/с создает мощную тягу.

Основоположник теоретической космонавтики Константин Эдуардович Циолковский в 1903 году вывел формулу конечной скорости ракеты:

vmax = uгазов · ln(Mнач / Mкон),

где Mнач — стартовая масса ракеты с топливом, Mкон — сухая масса ракеты без топлива, uгазов — скорость истечения газов из сопла.

Проблема одноступенчатой ракеты: чтобы развить первую космическую скорость (7.9 км/с), масса топлива должна в 15–20 раз превышать массу самой ракеты, что технически недостижимо для одноступенчатых аппаратов из-за массы баков и двигателей.

Решение Циолковского — составные (многоступенчатые) ракеты («ракетные поезда»): по мере выработки топлива ступени с тяжелыми пустыми баками и отработавшими моторами сбрасываются, и следующая ступень стартует уже с набранной предыдущими ступенями скоростью. Все космические носители (включая «Союз» и «Протон» на Байконуре) — многоступенчатые.

Формула Циолковского:

Формула Циолковского доказала человечеству принципиальную возможность достижения космических скоростей и выхода на орбиты искусственных спутников Земли и Луны.

Ваш прогресс по теме25%
Шпаргалка формул9 класс
Второй закон Ньютона:
F=m⋅aF = m \cdot a[Н]
Ускорение при равноускоренном движении:
a=(v−v0)/ta = (v - v_0) / t[м/с²]
Скорость равноускоренного движения:
v=v0+a⋅tv = v_0 + a \cdot t[м/с]
Перемещение при равноускоренном движении:
s=v0⋅t+(a⋅t2)/2s = v_0 \cdot t + (a \cdot t^2) / 2[м]
Следующая тема

Механическая энергия. Закон сохранения и превращения энергии в механике

Перейти к теме →