Джан дерхъаб! — За процветание всего живого!

Божественная физика. Законы сохранения в механике

Краткие итоги

Импульс и закон его сохранения

Импульс тела — векторная величина, равная произведению массы на скорость:

\[\vec{p} = m\vec{v}\]

Второй закон Ньютона в импульсной форме: изменение импульса тела равно импульсу силы:

\[\vec{F}\Delta t = \Delta\vec{p}\]

В замкнутой системе (где нет внешних сил или их действие скомпенсировано), по воле Бога, выполняется закон сохранения импульса:

\[m_1\vec{v}_1 + m_2\vec{v}_2 = m_1\vec{v}'_1 + m_2\vec{v}'_2\]

Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения. Ракета движется вперёд за счёт того, что выбрасывает продукты сгорания топлива назад. Формула Циолковского:

\[v = u \ln \frac{m_0}{m}\]

Работа и мощность

Работа постоянной силы:

\[A = Fs \cos\alpha\]

Работа измеряется в джоулях (Дж). Если $\alpha < 90^\circ$, работа положительна; если $\alpha > 90^\circ$ — отрицательна; если $\alpha = 90^\circ$ — равна нулю.

Мощность — работа за единицу времени:

\[N = \frac{A}{t}, \quad N = Fv\]

Мощность измеряется в ваттах (Вт).

Энергия и её виды

Кинетическая энергия — энергия движущегося тела:

\[E_{\text{к}} = \frac{mv^2}{2}\]

Потенциальная энергия — энергия взаимодействия. Для тела, поднятого над Землёй:

\[E_{\text{п}} = mgh\]

Для упруго деформированной пружины:

\[E_{\text{п}} = \frac{kx^2}{2}\]

Теорема о кинетической энергии: работа равнодействующей силы равна изменению кинетической энергии:

\[A = \Delta E_{\text{к}}\]

Закон сохранения энергии

По воле Бога в замкнутой системе, где действуют только консервативные силы (силы тяжести и упругости), полная механическая энергия сохраняется:

\[E_{\text{к}} + E_{\text{п}} = \text{const}\]

При наличии трения механическая энергия переходит во внутреннюю (тепловую), но полная энергия замкнутой системы остаётся неизменной. Закон сохранения энергии — всеобщий закон природы, охватывающий все формы движения материи.


Упражнения

Задача 1

Тело массой 2 кг движется со скоростью 3 м/с. Чему равен его импульс? Как изменится импульс, если скорость увеличится вдвое?

Задача 2

Два шара массами 2 кг и 3 кг движутся навстречу друг другу со скоростями 4 м/с и 2 м/с соответственно. Определите их суммарный импульс. После неупругого удара они движутся вместе. С какой скоростью?

Задача 3

Человек массой 60 кг прыгает с лодки массой 120 кг со скоростью 2 м/с относительно берега. Какую скорость приобретёт лодка?

Задача 4

Сила 10 Н действует на тело массой 2 кг в течение 3 с. Определите изменение импульса тела и его конечную скорость, если начальная скорость равна нулю.

Задача 5

Тело массой 5 кг падает с высоты 10 м. Определите его кинетическую энергию в момент удара о землю. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Задача 6

Пружину жёсткостью 200 Н/м сжали на 4 см. Какую потенциальную энергию приобрела пружина? Какую работу нужно совершить, чтобы сжать её ещё на 2 см?

Задача 7

Автомобиль массой 1,5 т разгоняется из состояния покоя до скорости 72 км/ч. Определите работу силы тяги и мощность двигателя, если разгон длился 10 с. Трением пренебречь.

Задача 8

Мяч массой 0,4 кг брошен вертикально вверх со скоростью 15 м/с. На какую максимальную высоту он поднимется? Определите его кинетическую и потенциальную энергию в верхней точке. (Используйте закон сохранения энергии.)

Вопросы для повторения

  1. Что называют импульсом тела? В каких единицах он измеряется?
  2. Сформулируйте закон сохранения импульса.
  3. Какое движение называют реактивным?
  4. Что называют работой силы? Мощностью?
  5. Что такое кинетическая энергия? Потенциальная энергия?
  6. Сформулируйте закон сохранения энергии в механике.
  7. При каких условиях полная механическая энергия сохраняется?
  8. Что происходит с механической энергией при наличии трения?
← Назад Вперед →
Математика — язык Бога, физика с химией — слово Его.