Impulsul

(Conceptele de impuls, impulsul forței și centru de masă sunt cruciale pentru ca un jucător de baseball să obțină o lovitură cu succes. Dacă judecă greșit aceste cantități, ar putea să-și rupă bâta.)

Conceptele de lucru mecanic, energie și teorema lucru mecanic-energie sunt valoroase din două motive principale: în primul rând, sunt instrumente de calcul puternice, ceea ce face mult mai ușor să se analizeze sisteme fizice complexe decât este posibil folosind legile lui Newton direct (de exemplu, sisteme cu forțe neconstante); iar în al doilea rând, observația că energia totală a unui sistem închis este conservată înseamnă că sistemul poate evolua doar în moduri care sunt compatibile cu conservarea energiei. Cu alte cuvinte, un sistem nu poate evolua aleatoriu; se poate schimba doar în moduri care economisesc energia.

În acest capitol, dezvoltăm și definim o altă mărime conservată, numită impuls, și o altă relație (teorema impulsul forței-impuls), care va pune o constrângere suplimentară asupra modului în care un sistem evoluează în timp. Conservarea impulsului este utilă pentru înțelegerea coliziunilor, cum ar fi cea prezentată în imaginea de mai sus. Este la fel de puternic, la fel de important și la fel de util ca și conservarea energiei și teorema lucru mecanic-energie.

Momentul liniar

IMPULSUL

Impulsul p al unui obiect este produsul dintre masa și viteza acestuia:

(9.1) p⃗ = mv⃗..

(Vectorii viteză și impuls pentru minge sunt în aceeași direcție. Masa mingii este de aproximativ 0,5 kg, deci vectorul impuls este aproximativ jumătate din lungimea vectorului viteză, deoarece impulsul este masa viteză în timp.)

După cum se arată în Figura 9.2, impulsul este o mărime vectorială (la fel ca viteza). Acesta este unul dintre lucrurile care face ca impulsul să fie util și nu o duplicare a energiei cinetice. Este poate cel mai util atunci când se determină dacă mișcarea unui obiect este dificil de schimbat (Figura 9.3) sau ușor de schimbat (Figura 9.4) pe un interval de timp scurt.

(Acest supertanc transportă o masă imensă de petrol; în consecință, este nevoie de mult timp pentru ca o forță să își schimbe viteza (comparativ mică).)

(Moleculele de gaz pot avea viteze foarte mari, dar aceste viteze se schimbă aproape instantaneu atunci când se ciocnesc de pereții containerului sau între ele. Acest lucru se datorează în primul rând pentru că masele lor sunt atât de mici.)

Spre deosebire de energia cinetică, impulsul depinde în mod egal de masa și viteza unui obiect. De exemplu, după cum veți afla când studiați termodinamica, viteza medie a unei molecule de aer la temperatura camerei este de aproximativ 500 m/s, cu o masă moleculară medie de 6 × 10⁻²⁵ kg; impulsul său fiind astfel

P_molecule = (6 × 10⁻²⁵ kg)(500 m/s) = 3 × 10⁻²² kg⋅m/s.

Pentru comparație, un automobil tipic ar putea avea o viteză de numai 15 m/s, dar o masă de 1400 kg, dându-i un impuls de

P_automobil = (1400 kg)(15 m/s) = 21.000 kg⋅m/s.

Aceste inpulsuri sunt diferite cu 27 de ordine de mărime, sau un factor de un miliard de miliarde de miliarde!

Sursa: Physics, University Physics (OpenStax), acces gratuit sub licență CC BY 4.0. Traducere și adaptare de Nicolae Sfetcu