Импульс түсінігі

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:

Кіріспе. Дене қозғалыстарына сипаттама.
Ньютон заңдары.
Импульстің сақталу заңы.
Қолданылған әдебиеттер.

Дене қозғалыстарына сипаттама. Реактивті қозғалыс.

Зымыранның қозғалысын импульстің сақталу заңы негізінде түсіндіруге болады.

Құрылымының қандай болуына қарамастан, кез-келген зымыран екі бөліктен: сауыттан және тотықтырғышы бар отыннан тұрады. Қатты отынды қолданатын зымыранда оқ-дәрінің арнайы сорты пайдаланылады, сұйық отынды қолданатын зымыранда сұйық жанармай (мысалы керосин, сұйық сутегі) пайдаланылады, тотықтырғыш ретінде көбінесе сұйық оттегіні пайдаланады. Зымыран сауытының арнайы пішінді бір немесе бірнеше тесіктен тұратын шығу соплосы бар. Бұл тесіктерден, негізгі жоғары қысымдағы және жоғары температурадағы газдан тұратын жану өнімдері шығады, олар соплодан аса жоғары (4км/с-қа дейінгі) жылдамдықпен атылып шығады.

Бірінші рет зымыранды ғарыштық ұшуға пайдалану идеясын ХХ ғасырдың басында К. Э. Циолковский ұсынған. Көпсатылы зымыранды және бірқатар маңызды ғарыштық принцептерді пайдалану идеясы да оның үлесіне тиеді. Алайда адамзаттың ғарыш кеңістігіне шығу туралы арманы жарты ғасыр өткеннен кейін ғана орындалды. Мұнда С. П. Королевтің еңбегі үлкен рөл атқарды.

Жердің бірінші жасанды серігі 1957 жылы 4 қазанда Байқоңыр ғарыш айлағынан ұшырылды. Бұл күн ғарышкерліктің даму бастамасы болып саналады. Қазіргі уақытта жыл сайын радиобайланыс, теледидар, атмосфераны зерттеу, Жер бетін фотосуретке түсіру және т. б. үшін жүздеген ЖЖС ұшырылуда.

Алғаш рет Жер айналасында ұшуды 1961 жылы 12 сәуірде «Восток» ғарыштық кемесінде ғарышкер Ю. А. Гагарин жүзеге асырды. 1969 жылы 16 шілдеде американдық астронав Н. Армстронг пен Э. Олдрин «Аполлон» кемесінің көмегімен Ай бетіне қонды. Жылдан жылға ғарыш кемелері мен ғылыми-зерттеу бағдарламалары жетілдіруде. Ғарышты игеруге және оған байланысты ғылыми-зерттеулерге қатынасқан ғарышкерлер сапында біздің отандастарымыз Тоқтар Әубәкіров пен Талғат Мұсабаев та бар. Олар ғарыштық ұшудың қиын сынақтарын абыроймен атқара білді. Қазіргі уақытта ғарыш куемелерінің көмегімен Күн жүйесіндегі планеталар табысты түрде зерттеліп жатыр. Планетааралық «Венера», «Марс», «Вега» және «Вояджер» мен «Пионер» станциялары Шолпан мен Марстың беті, атмосферасын зерттеуге, салыстырмалы түрде жақын қашықтықтан барлық планеталардың және олардың серіктерінің нақты суреттерін алуға мүмкіндік берді.

Ғарыш кеңістігін зерттеу Күн жүйесінің құрылысы туралы аса маңызды мағлұматтар алуға мүмкіндік берді. Сонымен бірге олардың өте маңызды практикалық мәні бар: метерология мен Жер бетін картаға түсіру мәселелері шешіледі, пайдалы қазбаларды іздестіру жүргізіледі, ауқымды ғарыштық байланыс, теледидар, телефон және т. б. іске асырылады. Келешекте ғарышкерлерді Марсқа ұшыру, Шолпанды толық картаға түсіру, алыс планеталарды (Уран, Нептун, Плутон) зерттеу, Айға қоныстануды ұйымдастыру жүзеге асырылмақ.

Қозғалысты сипаттайтын әрбір өзгеріс шын мәнінде реактивті қозғалыс және оның импульстің сақталу заңы бойынша өтетіндігін байқаймыз. Мәселен, адам жүргенде немесе жүгіргенде аяқтармен жерді кері қарай итереді. Осының салдарынан ол алға қарай жылжиды. Әрине, Жер массасы адам массасынан неше есе көп болса, Жердің жылдамдығы адам жылдамдығынан сонша есе аз. Сондықтан біз Жер қозғалысын байқамаймыз. Ал, егер сен қайықтан жағалауғ, а секірсең, онда қайықтың қарама-қарсы бағытқа итерілуі байқалады.

Реактивті қозғалыс деп денеден оның қандай да бір бөлігі бөлініп шыққан кездегі қозғалысын айтады.

Ньютонның бірінші заңы. Инерциялық санақ жүйесі.

Қандай да бір дененің қозғалысын сипаттау үшін басқа денені шартты түрде қозғалмайды деп қабылдау керек те, соған қатысты берілген дененің қозғалысын қарастыру керек. Қозғалмайтын деп қабылданған дене - санақ денесі деп аталады. Геоцентрлік жүйеде санақ денесі - Жер, ал гелиоцентрлік жүйеде - Күн болып саналады.

Дененің (немесе материялық нүктенің) қозғалысын сипаттау үшін бізге координаталар жүйесін енгізу керек, сондай-ак синхрондалған сағаттар жүйесін, яғни бірдей уақытты көрсететін сағаттарды тағайындау керек. («Синхрондау» сөзі syn - бірге және chronos - уақыт деген грек сөздерінен құралған) . Сағаттарды синхрондау әдетте радиосигналдар (дәл уақыт сигналдары) көмегімен жузеге асырылады.

Санақ денесі, онымен байланысты координаталар жүйесі мен синхрондалған сағаттар жиынтығы санақ денесі деп аталады.

Ары қарай дене қозғалысы туралы айтқанда, біз санақ жүйесі таңдалып алынған деп есептейміз және осы жүйеге қатысты траектория мен уақыттың функциясы ретіндегі қозғалыстағы нүктенің координаталары, сондай-ақ лездік жылдамдық және т. б. қарастырылады.

Бақылаулар санақ жүйесіне қатысты тыныштыққа тұрған дене өздігінен қозғала бастамайтынын көрсетеді. Оған басқа денелер әрекет етуі тиіс. Алайда, дене қандай да бір жылдамдықпен қозғалыс күйіне келтірілгенде, оның осы жылдамдығы уақыт өткен сайын сақтала ма немесе өзгере ме деген сұрақ туындайды.

Жерде біздің назарымыздағы денеге басқа денелердің әрекет етуінен құтылу қиын. Мәселен, денеге әрқашан Жердің тартылысы, яғни ауырлық күші әрекет етеді. Сонымен бірге үйкеліс күші, ауаның кедергісі әрекет етеді, ал егер дененің электр заряды болса, онда әлектр және магнит өрістері әрекет етеді. Олай болса, дене жылдамдығы өзгеретін болады және дене қозғалысы не тежеледі немесе керісінше, үдейді.

Бұдан 300 жылдан аса бұрын Г. Галилей болжау арқылы, егер денеге басқа денелер әрекет етпесе (яғни күш әрекет етпесе), онда бұл дене түзусызықты және бірқалыпты қозғалады; оның жылдамдығы модулі бойынша да, бағыты бойынша да өзгермейді деген қорытындыға келді.

Инерция заңын И. Ньютон механика негізіне енгізген, сондықтан бұл заңды Ньютонның бірінші заңы деп атайды. И. Ньютон 1687 жылы жарыққа шыққан «Табиғи философияның математикалық бастамасы» деген кітабындағы ІІІ анықтамада: «Әрбір жеке алынған дене, ол тек өзімен өзі болғандықтан, өзінің тыныштық күйін немесе бірқалыпты түзу сызықты қозғалысын сақтап қалады», - деп жазған.

Қазіргі уақытта бұл заң ғарыш кемесінде туындайтын салмақсыздық күйі жағдайында эксперименттік түрде тексерілген.

Инерция заңы орындалатын санақ жүйелері бар. Мұндай жүйелер инерциялық санақ жүйелері деп аталады. Осы айтылғандар Ньютонның бірінші заңының (инерция заңының) нақты тұжырымдамасын беруге мүмкіндік жасайды: белгілі бір санақ жүйелері болады, оларға қатысты басқа денелермен әрекеттеспейтін барлық денелер тыныштық күйінде болады немесе бірқалыпты және түзу сызықты қозғалады.

Ньютонның екінші заңы - динамиканың негізгі заңы

Табиғаттағы барлық денелер бір-бірімен өзара әрекеттеседі, нәтижесінде олардың жылдамдығы модулі бойынша да, бағыты бойынша да өзгереді. Динамиканың негізгі мәселесі келесі түрде тұжырымдалуы мүмкін: егер берілген математикалық нүктенің оны қоршаған денелермен өзара әрекеттесетіні белгілі болса, осы материялық нүктенің қозғалыс заңын анықтау қажет.

Бұл мәселелерді шешу Ньютон заңдарын, атап айтканда, динамиканың негізгі заңы деп аталатын Ньютонның екінші заңын қолдануға негізделген.

Қозғалыстағы денеге басқа дененің әрекеті кезінде оның импульсі өзгеретіндігі тәжірибеден белгілі. Мәселен, ағаш діңіне тиген оқ тоқтайды. Бильярд шары жақтауға соғылағн кезде жылдамдық бағытын өзгертеді. Екі шар бір-бірімен соғылаған кезде олардың жылдамдығы модулі бойынша да, бағыты бойынша да өзгереді, олай болса, олардың импульсі де өзгереді. Шеңбер бойымен дененің бірқалыпты қозғалысы кезінде тек импульс бағыты өзгереді, ал оның модулі тұрақты күйінде қалады.

Ньютонның екінші заңын тұжырымдау үшін «күш» ұғымын еске түсіреміз. Күш дегеніміз - берілген денеге басқа денелер әрекетінің өлшемін (сандық сипаттамасын) көрсете алатын физикалық шама. Сондықтан біз бұдан былай берілген денеге айнала қоршаған денелердің әрекеті туралы емес, күштің берілген денеге әрекеті туралы айтамыз.

И. Ньютон екінші заңды мына түрде тұжырымдады: қозғалыс мөлшерінің өзгерісі түсірілген қозғаушы күшке тура пропорционал болады және осы күш әрекет ететін түзудің бағытымен бағытталады.

Ньютон заңдарының көмегімен денелердің қозғалысы мен өзара әрекеттесуіне қатысты мәселелерді шешуге болады. Көптеген практикалық сипаттағы мәселелерді шешу үшін белгілі бір жағдайларда сақталатын физикалық шамалар қолданылады. Денелердің механикалық қозғалысын сипаттайтын осындай физиклық шамаларға дене импульсі және күш импульсі жатады.

Дене импульсі- дене массасы мен жылдамдығының көбейтіндісіне тең физикалық шама:

Дене импульсі- векторлық шама, себебі жылдамдық векторлық шама болғандықтан оның дене массасына көбейтіндісі де векторлық шама болады. Импульс жылдамдықтың бағытымен бағытталады, SI жүйесіндегі бірлігі секундына килограмм метр (кг*м/с) .

Уақыттың ∆t аралығы ішінде F күшінің әрекеті салдарынан дене импульсі өзгереді:

Мұндағы ∆ ― дене импульсінің өзгерісі. шамасын күш импульсі деп атайды.

Күш импульсі де векторлық шама б. т. Күш импульсі векторының бағыты әрект етуші күш бағытымен сәйкес келеді. Күш импульсінің SI-дегі бірлігі- ньютон *секунд(Н*c)

Бұл ұғымдарды пайдалана отырып, Ньютонның екінші заңын импульстік түсінік тұрғысынан юлайша тұжырымдауға болады: дене импульсінің өзгерісі күш импульсіне тең.

Импульс денелердің өзара әрекеттесуі кезінде сақталатын біренсаран физикалық шамалардың қатарына жатады.

Бір дене екінші денені қозғалысқа келтірсе, онда ол екінші денеге қанша қозғалыс берсе, сонша қозғалысын жоғалтады.

Екі немесе оданда көп дене бір-бірімен өзара әрекеттескенде, сан алуан өзгерістер болуы мүмкін. Мысалы, зеңбіректен салют снарятарын атқанда, оның сынықтары жан-жаққа ұшады да, бұрынғыдан еш нәрсе қалмайтындай көрінеді. Сынықтардың түсі, пішіні, орны және жылдамдықтары өзгереді. Алайда осы құбылыстарда кейбір шамалар(импульс) сақталады да және олар басқа өзгеретін шамаларға шектеулер қояды. Денелердің өзара әрекеттесуі кезінде сақталатын шамаларды табуға бізге Ньютонның заңдары көмектеседі. (42-сурет бойынша түсінік)

Жылдамдықтары ν ₁ , ν ₂ ал массалары m ₁ , m ₂ болатын 2 шар өзара әрекеттессін делік. Өзара әрекеттесу күштері Ньютонның үшінші заңымен байланысады.

немесе

Мұндағы және - шарлардың бастапқы жылдамдықтары ^/ және шарлардың өзара әрекеттескеннен кейінгі жылдамдықтары ∆t-өзара әрекеттесу уақыт аралығы. Өрнекті түрлендіріп алатынымыз,

m ₁ ν ₁ +m ₂ ν ₂ =m ₁ ν ́ ₁ +m ₂ ν ́ ₂

немесе

P ₁ +P ₂ =P ₁ ́+P ₂ ́

Алынған теңдік бойынша: өзара әрекеттескенге дейінгі жүйе импульсі өзара әрекеттескеннен кейінгі жүйе импульсіне тең.

Бұл- импульстің сақталу заңы және ол былайша оқылады: тұйық жүйеде өзара әрекеттесетін денелер импульстерінің векторлық қосындысы өзгеріссіз қалады(сақталады)

Импульстің сақталу заңы біз қарастырып отырған денелер жүйесіне сырттан ешқандай күштер әрекет етпесе ғана орындалады.

Ньютонның үшінші заңы

Біз денеге күш әрекет етті деп айтқанда, берілген дене бізді қызықтырмайтын қандай да бір денемен өзара әрекеттесті деп ұғамыз. Ол қызықтырмайтын денені біз күш ұғымымен алмастырамыз. Мысалы, жүк артқан арбаның үдеуін анықтау үшін оған кім әрекет еткенін білу міндетті емес. Осы әрекетті сипаттайтын шама - күшті білу маңызды.

Бірақ, сөйте тұрғанмен де, тәжірибеден біржақты әрекет болмайтындығы, әрқашан да өзара әрекеттесу болатындығы белгілі. Біз шананы сүйрегенде, қолымызға жіптің әрекет ететінін сеземіз. Диномометрді пайдаланып жүк өлшегенде, біз оны көтеріп қана қоймаймыз, сонымен бірге серіппенің созылғанын да көреміз, жүкке тек динамометр серіппесі ғана әрекет етпейді, жүк те динамометр серіппесіне әрекет етеді. Демек, барлық өзара әрекеттесуші кезінде денелерге түсірілген күштер қарама-қарсы жаққа бағытталады. Біз арбаны тартқанда, үдеу тарту күші жағына бағытталады. Ал біздің қолымыз арба тарапынан қарама-қарсы бағыттығы әрекетті сезеді. Өлшеу кезінде жүк жоғары көтеріледі, ал серіппе созылады. Шеге қалпағына балғамен ұрған кезде, ол шегеге әлдебір күшпен әрекет етеді, нәтижесінде шеге ағашқа кіреді. Бірақ шеге де балғаға қарама-қарсы бағытталған күшпен әрекет етеді, нәтижесінде қозғалыстағы балға тоқтайды. Сонымен, екі дене өзара әрекеттесетін екі денеге түсірілетін және қарама-қарсы жаққа бағытталатын әрекет күші мен қарсы күші.

Алайда, модулі бойынша осы күштер тең бе? - деген сұрақ туындайды. Осы сұраққа жауапты Ньютон динамиканың үшінші заңының тұжырымдалуында берді: « Әрекетке әрқашан тең және қарсы әрекет бар, басқаша айтқанда - екі дененің бір-біріне өзара әрекеті (модулі бойынша) өзара тең және қарама-қарсы жаққа бағытталған» .

Бұл былай жазылады:

F _{1, 2} = - F _{2, 1}

Әрекет және қарсы әрекет күштері теңгерілмейді, өйткені олар әрқашан бір денеге емес, әр түрлі денеге түсіріледі. Сондықтан оларды тең әрекетті күшпен алмастыруға болмайды.

И. Ньютон бұд заңға алдымен келесі пайымдаулар арқылы келді. Тығындардың үстіне қойылған магнит пен темір кесегі суда жүр дейік. Бір-біріне тартылу арқылы олар біртұтас нәрсеге айналады. Егер әрекет пен қарсы әрекет тең болмаған болса, онда динамиканың екінші заңы бойынша біріккен магнит пен темір кесегі үлкен күштің бағытымен бір қалыпты үдемелі қозғалған болар еді. Бірақ, бұл динамиканың бірінші заңына қайшы келген болар еді. Олай болса, бұл мүмкін емес.

Ньютонның екінші заңы мен импульстің сақталу заңын пайдаланып, Ньютонның үшінші заңын шығарып алуға болады.

Массасы M және m екі дене t ₁ уақыт мезетінде v ₁ және u ₁ жылдамдықпен қозғалсын. Олардың қосынды импульсі:

Бір-бірімен әрекеттесу нәтижесінде бұл денелердің жылдамдығы өзгереді және t ₂ мезетте олардың жылдамдығы v ₂ және u ₂ болады. Олай болса, осы мезеттегі олардың қосынды импульсі:

Егер сыртқы күштердің әрекетін ескермесек, яғни осы денелер жүйесі тұйық болса, онда импульс сақталады:

Осы теңдікті былай да жазуға болады:

Оны t = t ₂ - t ₁ уақыт аралығына бөліп,

Теңдігін аламыз.

Ньютонның екінші заңы бойынша теңдіктің сол жақ бөлігінде бірінші денеге екінші дене тарапынан әрекет ететін күш

теңдіктің оң жақ бөлігінде екінші денеге бірінші дене тарапынан әрекет ететін күш тұр. Сонымен, F _{1, 2} = - F _{2, 1} , яғни екі дене модульдері бойынша тең және бағыттары қарама-қарсы күшпен өзара әрекеттеседі.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.