Thông thường trong vật lý, họ nói về động lượng của một cơ thể, ngụ ý lượng chuyển động. Trên thực tế, khái niệm này được kết nối chặt chẽ với một đại lượng hoàn toàn khác - với lực. Xung lực - nó là gì, nó được đưa vào vật lý như thế nào và ý nghĩa của nó là gì: tất cả những vấn đề này đều được đề cập chi tiết trong bài viết.
Lượng chuyển động
Động lượng của cơ thể và động lượng của lực là hai đại lượng có quan hệ với nhau, hơn nữa, chúng thực tế có nghĩa giống nhau. Trước tiên, hãy phân tích khái niệm về động lượng.
Lượng chuyển động như một đại lượng vật lý lần đầu tiên xuất hiện trong các công trình khoa học của các nhà khoa học hiện đại, cụ thể là vào thế kỷ 17. Điều quan trọng cần lưu ý ở đây là hai nhân vật: Galileo Galilei, người Ý nổi tiếng, người gọi đại lượng đang thảo luận là động lực (động lượng), và Isaac Newton, người Anh vĩ đại, người, ngoài đại lượng motus (chuyển động), cũng sử dụng khái niệm về vis motrix (động lực).
Vì vậy, các nhà khoa học được đặt tên theo lượng chuyển động đã hiểu được tích của khối lượng của một vật thể và tốc độ chuyển động thẳng của nó trong không gian. Định nghĩa này bằng ngôn ngữ toán học được viết như sau:
p¯=mv¯
Lưu ý rằng chúng ta đang nói về giá trị vectơ (p¯), hướng theo hướng chuyển động của cơ thể, tỷ lệ với môđun tốc độ, và khối lượng cơ thể đóng vai trò của hệ số tỷ lệ.
Mối quan hệ giữa động lượng của lực và sự thay đổi trong p¯
Như đã nói ở trên, ngoài động lượng, Newton còn đưa ra khái niệm động lực. Anh ấy đã định nghĩa giá trị này như sau:
F¯=ma¯
Đây là định luật quen thuộc về sự xuất hiện của gia tốc a¯ trên một vật thể là kết quả của một số ngoại lực F¯ tác dụng lên vật đó. Công thức quan trọng này cho phép chúng ta suy ra định luật xung lượng của lực. Lưu ý rằng a¯ là đạo hàm theo thời gian của tỷ lệ (tỷ lệ thay đổi của v¯), có nghĩa là:
F¯=mdv¯ / dt hoặc F¯dt=mdv¯=>
F¯dt=dp¯, trong đó dp¯=mdv¯
Công thức đầu tiên ở dòng thứ hai là xung của lực, nghĩa là giá trị bằng tích của lực và khoảng thời gian mà lực tác dụng lên vật. Nó được đo bằng niutơn trên giây.
Phân tích công thức
Biểu thức của xung lực trong đoạn trước cũng cho thấy ý nghĩa vật lý của đại lượng này: nó cho biết xung lượng thay đổi bao nhiêu trong một khoảng thời gian dt. Lưu ý rằng sự thay đổi này (dp¯) hoàn toàn không phụ thuộc vào tổng động lượng của cơ thể. Xung lực của một lực là nguyên nhân của sự thay đổi động lượng, có thể dẫn đến cả haităng sau (khi góc giữa lực F¯ và tốc độ v¯ nhỏ hơn 90o) và giảm (góc giữa F¯ và v¯ lớn hơn hơn 90o).
Từ việc phân tích công thức, một kết luận quan trọng sau: các đơn vị đo xung lực giống như đơn vị đo p¯ (newton trên giây và kilôgam trên mét trên giây), hơn nữa, đơn vị đo đầu tiên giá trị bằng với sự thay đổi trong giây, do đó, thay vì xung của lực, cụm từ thường được sử dụng "động lượng của cơ thể", mặc dù nói "thay đổi theo động lượng" thì đúng hơn.
Lực lượng phụ thuộc và không phụ thuộc vào thời gian
Định luật xung lực đã được trình bày ở trên dưới dạng vi phân. Để tính toán giá trị của đại lượng này, cần thực hiện tích phân theo thời gian hành động. Sau đó, chúng tôi nhận được công thức:
∫t1t2F¯ (t)dt=Δp¯
Ở đây, lực F¯ (t) tác dụng lên vật trong thời gian Δt=t2-t1, làm thay đổi động lượng một lượng Δp¯. Như bạn có thể thấy, động lượng của một lực là một đại lượng được xác định bởi một lực phụ thuộc vào thời gian.
Bây giờ chúng ta hãy xem xét một tình huống đơn giản hơn, được thực hiện trong một số trường hợp thực nghiệm: chúng ta sẽ giả sử rằng lực không phụ thuộc vào thời gian, khi đó chúng ta có thể dễ dàng lấy tích phân và nhận được một công thức đơn giản:
F¯∫t1t2dt=Δp¯ =>F¯(t2-t1)=Δp¯
Phương trình cuối cùng cho phép bạn tính động lượng của một lực không đổi.
Khi quyết địnhcác vấn đề thực tế về thay đổi động lượng, mặc dù thực tế là lực nói chung phụ thuộc vào thời gian tác động, nó được giả định là không đổi và một số giá trị trung bình hiệu dụng F¯ được tính.
Ví dụ về biểu hiện trong thực tế của xung lực
Giá trị này có vai trò gì, có thể hiểu đơn giản nhất trên các ví dụ cụ thể từ thực tế. Trước khi đưa chúng, chúng ta hãy viết lại công thức tương ứng:
F¯Δt=Δp¯
Lưu ý, nếu Δp¯ là một giá trị không đổi thì môđun động lượng của lực cũng là một hằng số, do đó Δt càng lớn thì F¯ càng nhỏ và ngược lại.
Bây giờ chúng ta hãy đưa ra các ví dụ cụ thể về động lượng trong hành động:
- Một người nhảy từ độ cao bất kỳ xuống đất sẽ cố gắng khuỵu đầu gối khi tiếp đất, do đó làm tăng thời gian Δt của lực tác động của mặt đất (phản lực hỗ trợ F¯), do đó làm giảm sức mạnh của họ.
- Võ sĩ, bằng cách lệch đầu khỏi đòn, kéo dài thời gian tiếp xúc Δt của găng tay đối phương với mặt của mình, giảm lực va chạm.
- Những chiếc ô tô hiện đại đang cố gắng thiết kế sao cho trong trường hợp va chạm, thân của chúng bị biến dạng càng nhiều càng tốt (biến dạng là một quá trình phát triển theo thời gian, dẫn đến giảm đáng kể lực va chạm và do đó, giảm nguy cơ thương tích cho hành khách).
Khái niệm về mômen lực và động lượng của nó
Mômen của lực và động lượngthời điểm này, đây là những đại lượng khác với những đại lượng đã xét ở trên, vì chúng không còn liên quan đến chuyển động thẳng, mà là chuyển động quay. Vì vậy, mômen của lực M¯ được xác định là tích vectơ của vai (khoảng cách từ trục quay đến điểm tác dụng của lực) và bản thân lực, nghĩa là công thức có giá trị:
M¯=d¯F¯
Mômen của lực phản ánh khả năng sau này thực hiện lực xoắn của hệ quanh trục. Ví dụ: nếu bạn giữ chìa vặn ra khỏi đai ốc (đòn bẩy lớn d¯), bạn có thể tạo ra một mômen lớn M¯, cho phép bạn tháo đai ốc.
Tương tự với trường hợp tuyến tính, động lượng M¯ có thể thu được bằng cách nhân nó với khoảng thời gian mà nó tác dụng lên một hệ quay, đó là:
M¯Δt=ΔL¯
Giá trị ΔL¯ được gọi là sự thay đổi của mômen động lượng, hay mômen động lượng. Phương trình cuối cùng rất quan trọng để xem xét các hệ có trục quay, vì nó cho thấy mômen động lượng của hệ sẽ được bảo toàn nếu không có ngoại lực tạo ra mômen M¯, được viết dưới dạng toán học như sau:
Nếu M¯=0 thì L¯=const
Vì vậy, cả hai phương trình động lượng (đối với chuyển động thẳng và chuyển động tròn đều) hóa ra giống nhau về ý nghĩa vật lý và hệ quả toán học của chúng.
Sự cố Va chạm giữa Chim-Máy bay
Vấn đề này không phải là một cái gì đó tuyệt vời. Những va chạm này có xảy ra.thường. Do đó, theo một số dữ liệu, vào năm 1972, khoảng 2,5 nghìn vụ va chạm của chim với máy bay chiến đấu và vận tải, cũng như với máy bay trực thăng, đã được ghi nhận trong không phận Israel (khu vực chim di cư dày đặc nhất)
Nhiệm vụ như sau: cần phải tính toán gần đúng lực tác động rơi lên một con chim nếu một chiếc máy bay đang bay với tốc độ v=800 km / h gặp phải trên đường bay của nó.
Trước khi quyết định, hãy giả sử rằng chiều dài của con chim đang bay là l=0,5 mét, và khối lượng của nó là m=4 kg (ví dụ, có thể là con chim kéo hoặc con ngỗng).
Hãy bỏ qua tốc độ của con chim (nó nhỏ so với tốc độ của máy bay), và chúng ta cũng sẽ coi khối lượng của máy bay lớn hơn nhiều so với khối lượng của chim. Những giá trị gần đúng này cho phép chúng ta nói rằng sự thay đổi động lượng của con chim là:
Δp=mv
Để tính lực va chạm F, bạn cần biết thời gian của sự cố này, nó xấp xỉ bằng:
Δt=l / v
Kết hợp hai công thức này, chúng ta nhận được biểu thức cần thiết:
F=Δp / Δt=mv2/ l.
Thay các số từ điều kiện của bài toán vào nó, ta được F=395062 N.
Sẽ trực quan hơn nếu chuyển con số này thành một khối lượng tương đương bằng cách sử dụng công thức tính trọng lượng cơ thể. Khi đó ta được: F=395062 / 9,81 ≈ 40 tấn! Nói cách khác, một con chim cảm nhận một vụ va chạm với máy bay như thể 40 tấn hàng đã rơi xuống nó.
