Одно из самых сложных явлений в макромире — движение тел. Кроме определения координаты, то есть, местоположения тела в заданный момент времени, необходимо знать еще много параметров. Один из них — импульс. Старое название этой величины, которое теперь редко используется — количество движения. Именно эта формулировка максимально емко определяет суть физической характеристики движущегося тела.
Формула импульса очень простая, P=mv. Но за этой простотой скрыт глубокий смысл. О движении тел люди задумывались давно, тысячелетия назад египетские, греческие и римские философы выдвигали различные теории, касающиеся причин этого явления. Долгое время доминирующим было утверждение, что для движения тела обязательно нужна сила, постоянно действующая на него. И если скорость света начал формулировать Джеймс Клерк Максвелл, то здесь правило сформулировал Аристотель, его авторитет долгое время удерживал утверждение как аксиому. Но очевидные факты противоречили формулировке, например, стрела из лука, или брошенный камень продолжают лететь, хотя ни тетива, ни рука на них больше не действуют. Значит, причина движения в чем то ином.
Количество движения
Многие ученые пришли к выводу, что причина движения скрыта в самом теле. Ее назвали «импетус». Уже на том уровне развития науки было определено, что импетус каким то образом связан со скоростью и массой тела. В 17 столетии Рене Декарт предложил другое название импетуса — количество движения. Также он выдвинул предположение, что количество движения сохраняет не только одно отдельно взятое тело, но и система тел, находящихся в изолированной системе. Это был первый шаг к открытию закона сохранения импульса.
В 17 столетии количество движения рассматривалось как произведение скорости на размеры тела, независимо от направления движения, то есть скорость рассматривалась как скалярная величина. Но опыты Рене Гюйгенса и Валлиса не всегда подтверждали эту теорию касательно взаимодействия нескольких тел. Поэтому Валлис выдвинул предположение, что количество движения — величина направленная, то есть векторная. Формула приобрела вид:
Единица измерения импульса тела — кг м/с.
Но ученым этого показалось мало, за пределами внимания остался важный аспект — причина движения. Ведь начинается любое движение с действия силы. Рассматривать импульс, как отдельно существующую характеристику тела можно, но такой подход не дает полной картины события.
После многочисленных опытов и исследований было установлено, что сила, действующая на тело, и импульс, возникший в результате действия этой силы, неразрывно связаны. Причем, чем дольше действует сила, тем большее количество движения получает тело. Значит, в формуле должен быть еще один параметр — время. Появилась новая величина ― импульс силы.
Единица измерения импульса силы Нс. Противоречия здесь нет, 1 Ньютон равен 1 кг·м/с². Если умножить эту величину на секунду, то получится кг м/с, то есть, единица измерения импульса.
То есть, причиной изменения импульса (количества движения) отдельно взятого тела может служить только сила, действующая на протяжении определенного времени.
Закон сохранения импульса
Согласно закону Ньютона, сила действия равна силе противодействия. Это касается и сил, вызывающих движение. Если сталкиваются два шара, катящиеся с определенной скоростью, то после столкновения направление движения и скорость меняются. То есть, меняются их импульсы. Это очевидно. Но физика, это наука, где все необходимо не только описать математически, но и измерить в осязаемых единицах.
После опытов обнаружился интересный факт — хотя импульс каждого из тел изменился, сумма импульсов до столкновения и после осталась то же. Но такое явление возможно только в случае, когда на шары не действуют более никакие силы, ни сопротивление воздуха, ни сила тяжести, ни трение о стол. Шары должны находиться в совершенно изолированном пространстве. Экстраполируя случай с шарами на все физические тела, ученые сформулировали закон, получивший название «закон сохранения импульса». Звучит он так:
Векторная сумма импульсов двух или более тел, составляющих замкнутую систему не меняется при любых взаимодействиях и движениях внутри системы.
Замкнутой называется система из нескольких тел, на которые не действуют никакие внешние силы, или равнодействующая этих сил равна нулю.
Формула закона сохранения импульса выглядит так:
В более общем случае, для множества тел, закон формулируется так:
Как и другие физические постулаты, при соблюдении всех условий эксперимента, закон исключений не имеет.
Читайте и другие полезные статьи на тему физики
