Реактивные двигатели закон сохранения импульса. Импульс тела. Импульс силы. Закон сохранения импульса. Примеры решения задач

№3

Импульс тела. Закон сохранения импульса в природе и технике

План ответа

1. Импульс тела. 2. Закон сохранения импуль­са. 3. Применение закона сохранения импульса. 4. Реактивное движение.

Простые наблюдения и опыты доказывают, что покой и движение относительны, скорость тела зави­сит от выбора системы отсчета; по второму закону Ньютона, независимо от того, находилось ли тело в покое или двигалось, изменение скорости его движе­ния может происходить только при действии силы, т. е. в результате взаимодействия с другими телами. Однако существуют величины, которые могут сохра­няться при взаимодействии тел. Такими величинами являются энергия и импульс.

Импульсом тела называют векторную физи­ческую величину, являющуюся количественной ха­рактеристикой поступательного движения тел. Им­пульс обозначается р. Единица измерения импульса Р - кг м/с. Импульс тела равен произведению мас­сы тела на его скорость: р = mv . Направление векто­ра импульса р совпадает с направлением вектора скорости тела v (рис. 4).

Для импульса тел выполняется закон сохране­ния, который справедлив только для замкнутых фи­зических систем. В общем случае замкнутой назы­вают систему, которая не обменивается энергией и массой с телами и полями, не входящими в нее. В механике замкнутой называют систему, на кото­рую не действуют внешние силы или действие этих сил скомпенсировано. В этом случае р 1 = р 2 где р 1 - начальный импульс системы, а р 2 - конеч­ный. В случае двух тел, входящих в систему, это вы­ражение имеет вид m 1 v 1 + т 2 v 2 = m 1 v 1 " + т 2 v 2 " где т 1 и т 2 - массы тел, а v 1 и v 2 , - скорости до взаимодей­ствия, v 1 " иv 2 " - скорости после взаимодействия. Эта формула и является математическим выражением закона сохранения импульса: импульс замкнутой физической системы сохраняется при любых вза­имодействиях, происходящих внутри этой системы.

Другими словами: в замкнутой физической системе геометрическая сумма импульсов тел до взаимодей ствия равна геометрической сумме импульсов этих тел после взаимодействия. В случае незамкнутой системы импульс тел системы не сохраняется. Одна­ко, если в системе существует направление, по кото­рому внешние силы не действуют или их действие скомпенсировано, то сохраняется проекция импульса на это направление. Кроме того, если время взаимо­действия мало (выстрел, взрыв, удар), то за это время даже в случае незамкнутой системы внешние силы незначительно изменяют импульсы взаимодействую­щих тел. Поэтому для практических расчетов в этом случае тоже можно применять закон сохранения им­пульса.

Экспериментальные исследования взаимодей­ствий различных тел - от планет и звезд до атомов и элементарных частиц - показали, что в любой си­стеме взаимодействующих тел при отсутствии дей­ствия со стороны других тел, не входящих в систему или равенстве нулю суммы действующих сил, гео­метрическая сумма импульсов тел действительно остается неизменной.

В механике закон сохранения импульса и за­коны Ньютона связаны между собой. Если на тело массой т в течение времени t действует сила и ско­рость его движения изменяется от v 0 до v, то уско­рение движения a тела равно a = (v - v 0 )/ t . На осно­вании второго закона Ньютона для силы F можно записать F = та = m (v - v 0 )/ t , отсюда следует Ft = mv - mv 0 .

Ft - векторная физическая величина, харак­теризующая действие на тело силы за некоторый промежуток времени и равная произведению силы на время t ее действия, называется импульсом силы.

Единица импульса в СИ - Н с.

Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения. Реактивное движение - это такое движение тела, которое возникает после отде­ления от тела его части.

Пусть тело массой т покоилось. От тела отде­лилась какая-то его часть т 1 со скоростью v 1 . Тогда

оставшаяся часть придет в движение в противопо­ложную сторону со скоростью v 2 , масса оставшейся части т 2 Действительно, сумма импульсов обоих частей тела до отделения была равна нулю и после разделения будет равна нулю:

т 1 v 1 +m 2 v 2 = 0, отсюда v 1 = -m 2 v 2 /m 1 .

Большая заслуга в развитии теории реак­тивного движения принадлежит К. Э. Циолковскому.

Он разработал теорию полета тела переменной массы (ракеты) в однородном поле тяготения и рас­считал запасы топлива, необходимые для преодоле­ния силы земного притяжения; основы теории жид­костного реактивного двигателя, а так же элементы его конструкции; теорию многоступенчатых ракет, причем предложил два варианта: параллельный (несколько реактивных двигателей работают одно­временно) и последовательный (реактивные двигате­ли работают друг за другом). К. Э. Циолковский строго научно доказал возможность полета в космос с помощью ракет с жидкостным реактивным двигате­лем, предложил специальные траектории посадки космических аппаратов на Землю, выдвинул идею создания межпланетных орбитальных станций и подробно рассмотрел условия жизни и жизнеобеспе­чения на них. Технические идеи Циолковского нахо­дят применение при создании современной ракетно-космической техники. Движение с помощью реак­тивной струи, по закону сохранения импульса, ле­жит в основе гидрореактивного двигателя. В основе движения многих морских моллюсков (осьминогов, медуз, кальмаров, каракатиц) также лежит реактив­ный принцип.

На этом уроке мы поговорим о законах сохранения. Законы сохранения являются мощным инструментом при решении механических задач. Они являются следствием внутренней симметрии пространства. Первой сохраняющейся величиной, которую мы изучим, является импульс. На этом уроке мы дадим определение импульса тела, и свяжем изменение этой величины с силой, которая действует на тело.

Законы сохранения являются очень мощным инструментом при решении задач механики. Их применяют тогда, когда уравнения динамики решить затруднительно или невозможно. Законы сохранения являются прямым следствием законов природы. Оказывается, каждый закон сохранения соответствует какой-либо симметрии в природе. Например, закон сохранения энергии возникает из-за того, что время однородно, а закон сохранения импульса - из-за однородности пространства. Более того, в ядерной физике в результате сложных симметрий системы возникают некие величины, которые нельзя измерить, но о которых известно, что они сохраняются, например такие величины, как странность и красота.

Рассмотрим второй закон Ньютона в векторном виде:

вспомним, что ускорение - это скорость изменения скорости:

Теперь, если подставить это выражение во второй закон Ньютона и умножить левую и правую часть на , получим

Введем теперь некоторую величину , которую мы в дальнейшем будем называть импульсом, и получим второй закон Ньютона в импульсной форме:

Величина слева от знака равенства называется импульсом силы. Таким образом,

Изменение импульса тела равно импульсу силы.

Ньютон записал свой знаменитый второй закон именно в таком виде. Отметим, что второй закон Ньютона в такой форме является более общим, поскольку сила действует на тело в течение некоторого времени не только при изменении скорости тела, но и при изменении массы тела. При помощи такого уравнения легко, например, узнать силу, действующую на взлетающую ракету, поскольку ракета при взлете меняет массу. Такое уравнение называется уравнением Мещерского, или уравнением Циолковского.

Рассмотрим подробнее введенную нами величину . Эту величину принято называть импульсом тела. Итак,

Импульс тела - это физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость.

Импульс измеряется в системе СИ в килограммах на метр, деленный на секунду:

Из второго закона Ньютона в импульсной форме следует закон сохранения импульса. Действительно, если сумма сил, действующих на тело, равна нулю, то изменение импульса тела равно нулю, или, другими словами, импульс тела постоянен.

Рассмотрим применение закона сохранения импульса на примерах. Итак, мяч с импульсом налетает на стенку (Рис.1). Импульс мяча меняется, и мяч отскакивает в другом направлении с импульсом . Если до удара, угол к нормали был равен , то после удара, этот угол, вообще говоря, может быть другим. Однако если на мяч со стороны стенки действует только сила нормального давления, направленная по перпендикуляру к стенке, то меняется составляющая импульса в направлении, перпендикулярном к стенке. Если до удара она была равна , то после удара она будет равна , а составляющая импульса вдоль стенки не изменится. Мы приходим к тому, что импульс после удара по модулю равен импульсу до удара и направлен под углом к нормали.

Рис. 1. Мяч отскакивает от стенки

Отметим, что сила тяжести, действующая на мяч, никак не повлияет на результат, поскольку она направлена вдоль стенки. Такой удар, при котором сохраняется модуль импульса тела, и угол падения равен углу отражения называют абсолютно упругим. Отметим, что в реальной ситуации, когда удар является неупругим, угол отражения может быть другим (Рис. 2)

Рис. 2. Мяч отскакивает не упруго

Удар будет неупругим, если на мяч будут действовать так называемые диссипативные силы, такие как сила трения, или сила сопротивления.

Таким образом, на этом уроке вы познакомились с понятием импульса, с законом сохранения импульса и со вторым законом Ньютона, записанным в импульсной форме. Кром того, вы рассмотрели задачу о мяче, абсолютно упруго отскакивающем от стенки.

Список литературы

1. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский. Физика 10. - М.: Просвещение, 2008.
2. А. П. Рымкевич. Физика. Задачник 10-11. - М.: Дрофа, 2006.
3. О. Я. Савченко. Задачи по физике. - М.: Наука, 1988.
4. А. В. Пёрышкин, В. В. Крауклис. Курс физики. Т. 1. - М.: Гос. уч.-пед. изд. мин. просвещения РСФСР, 1957.

Вопрос: Мы выяснили, что при абсолютно упругом ударе мячика о стенку угол падения равен углу отражения. Этот же закон справедлив и для отражения луча в зеркале. Как это объяснить?

Ответ: Объясняется это очень просто: свет можно считать потоком частичек - фотонов, которые упруго ударяются о зеркало. Соответственно, угол падения при падении фотона равен углу отражения.

Вопрос: Самолеты, когда летят, отталкиваются пропеллером от воздуха. От чего отталкивается при полете ракета?

Ответ: Ракета не отталкивается, ракета движется под действием силы реактивной тяги. Это достигается за счет того, что из сопла ракеты с большой скоростью вылетают частички горючего.

10 класс.УРОК: Импульс. Закон сохранения импульса.Реактивное движение.

Цель урока: создать условия для осознания и осмысления новой учебной информации по теме “Импульс. Закон сохранения импульса”.
Задачи
Учебные: дать понятие импульса материальной точки;импульса силы, определить понятие «замкнутая физическая система сформулировать закон сохранения импульса, показать его практическое применение; сформировать умение использовать закон сохранения импульса;
Развивающие: способствовать развитию у учащихся грамотной физической речи, мышления (умения обобщать и систематизировать, строить аналогии); развивать интерес к предмету, потребность в знаниях;
Воспитательные: содействовать патриотическому воспитанию, воспитанию ответственности, работоспособности, самостоятельности.
Тип урока: комбинированный.
Метод: объяснительно – иллюстративный.

Планируемые результаты формирования УУД.

1)Коммуникативные УУД:

Формирование умения отвечать на поставленный вопрос, аргументировать. Формировать умение работать в малых группах.(в парах)

2)Познавательные УУД:

3)Регулятивные УУД:

Адекватно оценивать свои достижения.

Осознавать возникшие трудности, искать их причины и пути преодоления.

4)Личностные УУД:

Формировать желания выполнять учебные действия.

Формировать гражданский патриотизм, любовь к Родине, чувство гордости за свою страну;

ХОД УРОКА 1.Орг. Момент 2.Формулировка цели урока. Сообщение делает ученик Покинуть поверхность Земли и подняться в небо мечтали еще древние греки. До наших дней сохранился миф об Икаре, который полетел к Солнцу на крыльях, склеенных воском, но воск растаял, и храбрец упал в море. От мифов до научных проектов прошли века.
Яркую страницу в историю отечественной науки вписал Н.И.Кибальчич (1853-1881) - ученый и революционер. Осужденный за участие в убийстве императора Александра II, Кибальчич из камеры смертников Петропавловской крепости за 10 дней до казни подал администрации тюрьмы описание своего изобретения. Но царские чиновники не обратили внимания на этот проект.
Жюль Верн, современник К.Э.Циолковского, следил за всеми техническими новинками того времени. Хотя ракеты были давно известны, писатель отправил свой корабль на Луну из пушки ("Из пушки на Луну", 1867). И никто из ученых не задумывался над использованием принципа реактивного движения для полетов в космос.
На пороге XX в. дорогу в космос указал К.Э.Циолковский (1857-1935) - ученый-мечтатель из Калуги. Он первым увидел в ракете не только игрушку, забаву, фейерверк для развлечения, а аппарат, который позволит человеку стать "гражданином Вселенной". Идеи Циолковского о космических полетах были настолько смелы и оригинальны, что современники считали их утопией, и никто по достоинству не смог оценить его труд "Исследования мировых пространств реактивными приборами" (1903). Прошли революции и войны, и в нашей стране стал расти интерес к проблеме ракетных двигателей.
В 1921 г. была создана опытно-конструкторская лаборатория для разработки ракет на бездымном порохе.
17 августа 1933 г. в Нахабине, под Москвой, осуществлен первый успешный запуск жидкостной ракеты "ГИДР-09", разработанной ФС.П.Королевым. Несколько лет Сергей Павлович Королев трудился на заводе "Прогресс" в городе Самара. Учитель: О каком движении будем сегодня говорить? Ответ: о Реактивном. Учитель: Для того чтобы понять принципы реактивного движения нужно ознакомиться с новой физической величиной-импульсом тела и с законом физики законом сохранения импульса. Запишите тему урока.

3.Изучение новой темы

А)Понятие импульса тела.

Учитель: сложно ли остановить движущуюся пулю? Да потому что она быстро летит. Сложно ли остановить движущийся грузовик? Да, потому что он тяжёлый.А если пуля ещё быстрее летит? Её ещё сложнее остановить, а грузовик в 2 раза больше то же сложнее остановить.

Меру того на сколько сложно остановить движущийся объект называются количеством движения или имульсом объекта

Что же такое импульс материальной точки?

Cлева изменение новой физической величины, которая называется

импульсом материальной точки.

Величину равную произведению массы точки на ее скорость

называют импульсом материальной точки.

В переводе с латинского языка: импульс- толчок. Понятие импульса

первым ввел Декарт в17веке, правда, он назвал его

"количеством движения"

Обозначают импульс - p=mV

p- векторная величина.

Импульс совпадает по направлению с вектором скорости точки.

Импульс измеряется p= (кг м/c)/

Если тело массой 1кг движется со скоростью 1м/с, это значит его

импульс равен 1кг м/c.

Всегда ли тело обладает импульсом?

Не всегда: если скорость тела равна нулю или масса тела равна

Любое движущееся тел, обладающее массой, обладает импульсом.

Давайте рассчитаем импульс пули массой 9 г движущейся со скоростью 200 м/с и импульс грузовика массой 20 000кг движущейся со скоростью 8 м/с(учитель расчитывает на доске, ученики в тетради)

Могут ли тела разной массы иметь одинаковый импульс?

Могут, если масса 1 тела будет меньше массы 2тела, а скорость 1 тела

во столько же раз будет больше скорости 2 тела и скорости этих тел

будут направлены в одну сторону, т.к. импульс - векторная величина.

Внимание на экран (Фрагмент" Импульс")

Обобщение закрепление:

1.как обозначается импульс?

2.как направлен импульс?

3.Рассчитайте импульс ракеты(самостоятельно)

Б) Понятие импульса силы:

учитель: Величина равная произведению силы, действующей на точку и

времени называется импульсом силы.

Импульс силы, действующей на точку равен изменению импульса

точки. → → →

Первичное закрепление знаний:

Эксперимент 2(на экране)

Два шарика равной массы висят на нитях. Первый шарик отклонили

на некоторый угол и отпустили. При взаимодействии второй

шарик отклонился на такой же угол, а первый остановился.

Что вы можете сказать о начальном импульсе первого шарика

и конечном импульсе второго?

Они одинаковые.

В)Закон сохранения импульса.

Учитель: Импульс обладает интересным свойством сохранения.

Но закон сохранения импульса выполняется только в

замкнутой системе.

Давайте найдём определение что такое замкнутая система в учебнике. Система тел называется замкнутой, если действуют

только внутренние силы системы.

Силы, с которыми тела системы взаимодействуют между собой,

являются внутренними силами системы.

Рассмотрим два тела массам m1 и m2, первое тело нагоняет второе,

скорость первого тела больше скорости второго тела. Тела

взаимодействуют друг с другом. Внешние силы отсутствуют.

Просмотр фрагмента фильма: (закон сохранения импульса)

Вопросы по фильму:

Может ли покоящееся тело после взаимодействия иметь импульс

больше, чем начальный импульс второго тела?

Нет, согласно закону сохранения импульса импульс системы постоянен.

Большое значение имеет закон сохранения импульса для исследования реактивного движения.
учитель просит учеников найти определение в учебнике Под реактивным движением понимают движение тела, возникающее при отделении от тела с некоторой скоростью какой – либо его части. В результате чего само тело приобретает противоположно направленный импульс. Надуйте резиновый детский шар, не завязывая отверстия, выпустите его из рук. Что произойдет? Почему? Движение шарика является примером реактивного движения. Воздух в шаре создает давление на оболочку по всем направлениям. Если отверстие в шарике не завязывать, то из него начнет выходить воздух, при этом сама оболочка будет двигаться в противоположном направлении. Это следует из закона сохранения импульса: импульс шара до взаимодействия равен нулю, после взаимодействия они должны приобрести равные по модулю и противоположные по направлению импульсы, т. е. двигаться в противоположные стороны.

Г)Сообщение ученика о реактивном движении.

Реактивное движение используется людьми давно. Во время праздничного фейерверка мало кто задумывается, что такая красота невозможна без реактивного движения. Первые пороховые фейерверочные и сигнальные ракеты были применены в Китае в 10 веке.Реактивное движение давно прочно вошло в нашу жизнь, и занимает большое место в современной технике: космической, военной, на транспорте. Проявления реактивного движения (отдачу) приходится учитывать при конструировании оружия, в спорте: при катании на скейте и коньках, метании ядра и т.д.
Отдача – движение ствола или орудия в целом под давлением пороховых газов на дно орудия или оружия. Отдача производит движение его в сторону, обратную выстрелу, и давит на опору оружия - плечо стреляющего. Чем больше начальная скорость, масса снаряда и меньше масса орудия, тем отдача больше. Явление отдачи наблюдается при нырянии с лодки в воду или прыжке с лодки на берег, при соскакивании со скейта и т.д.Если стоя на роликовых коньках бросить вперёд мяч, то сам откатываешься назад. При одновременном броске двух мячей, приобретаемая скорость становится больше и дальность отката увеличивается. Результат отдачи зависит от массы и скорости отделяющегося тела или вещества. Наблюдаемое явление полностью согласуется с законом сохранения импульса. Явление отдачи мы наблюдаем в душе. При большом напоре душ отклоняется сильнее. Возникает значительная отдача при использовании мощного брандспойта. Реактивное движение свойственно осьминогам, кальмарам, каракатицам, медузам. Все они, без исключения, используют для плавания реакцию (отдачу) выбрасываемой струи воды. Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Он передвигается по принципу реактивного движения, вбирая в себя воду, а затем с огромной силой проталкивая ее через особое отверстие - "воронку", и с большой скоростью (около 70 км/час) двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму..Примеры реактивного движения можно обнаружить и в мире растений.«Бешеный огурец» - так в народе называют колючеплодник, это однолетнее декоративное растение-лиана семейства тыквенных. Распространён бешеный огурец главным образом в Причерноморье, на побережье, встречается почти во всей юго-восточной Европе. способен – особенно при случайном касании животными, ногой или рукой человека – стремительно, резко отрываться, отскакивать от плодоножки, с силой выбрасывая наружу под значительным давлением многочисленные семена, которые могут отлетать на довольно значительное расстояние в несколько метров.
Принцип реактивного движения применяется в авиации и космонавтике. В космическом пространстве нет среды, с которой тело могло бы взаимодействовать и тем самым изменять направление и модуль своей скорости. Поэтому для космических полетов могут быть использованы только ракеты.

Д) Рассказ учителя о движении ракеты.

Всякая ракета – это система двух тел. Она состоит из оболочки и содержащегося в ней топлива. Оболочка имеет форму трубы, один конец которой закрыт, а другой открыт и снабжен трубчатой насадкой с отверстием особой формы – реактивным соплом. Топливо при запуске ракеты сжигается и превращается в газ высокого давления и высокой температуры. Благодаря высокому давлению этот газ с большой скоростью вырывается из сопла ракеты. Оболочка ракеты устремляется при этом в противоположную сторону.

Если импульс выброшенных газов равен m г υ г, а импульс ракеты m р υ р, то из закона сохранения импульса: m р υ р = m г υ г .

υ р = Таким образом скорость ракеты тем больше, чем больше скорость истечения газов υ г и чем больше отношение . Эта формула получена в предположении, что газ выбрасывается из ракеты мгновенно. На самом деле он вытекает не сразу, а постепенно. Поэтому истинная формула для скорости ракеты несколько отличается от выведенной нами. Впервые точная формула для скорости ракеты была выведена К.Э. Циолковским и потому носит его имя. Согласно расчетам, проведенным по формуле Циолковского, для сообщения ракете скорости, превышающей скорость истечения газов всего лишь в несколько раз, необходимо, чтобы начальная масса ракеты (вместе с топливом) превосходила конечную («сухую») в несколько десятков раз. Таким образом, львиную долю от всей массы ракеты на старте должна составлять масса рабочего тела (топлива).Современные технологии производства не могут позволить превысить скорости в 8 – 12 км/с.

4.Первичная проверка знаний: физический диктант .

Тема: «Импульс. Закон сохранения импульса».

1.Тело массой m 2 кг движется со скоростью 2 м/с. Каков импульс тела? (4)

2.Как называется физическая величина, равная произведению силы на время ее действия? (импульс силы)

3.Как направлен импульс тела?

4.На каком законе основано существование реактивного движения?

5.Приведитепример реактивного движения?

5.Подведение итогов урока. Выставление оценок за физический диктант.

Отвечают на вопросы устно:

1.какую физическую величину изучили?

2.Какой закон изучили?

3.Какую систему узнали?

Поурочная карта учеников.____________________________________________________________________

В настоящее время создается семейство ракет-носителей «Ангара» . За основу нового поколения носителей взят универсальный ракетный модуль с кислородно-керосиновыми двигателями. В серию «Ангара» войдут носители от легкого до тяжелого классов в диапазоне грузоподъемности от 1.5 т до 28 т. Перспективную РН тяжелого класса «Ангара-5А» (длина 54.3 – 63.9 м, диаметр 10.6 м, топливо – керосин + жидкий кислород, три ступени и разгонный блок «Бриз-М» или КВРБ, стартовые масса – 773 000 – 790 000 кг планируют запускать с 2015 г. с космодрома Байконур. Скорость нарастает от 0 до 8000 м/с. Средня скорость равна 4 000 м/с. Высота орбиты -370км. Время подъема равна 370/4=92. 5сек.	Задачи		Решение	Количество баллов
	Задача 1 :
	Задача 3: Составить закон сохранения импульса для ракеты.

космических исследований. Полупроводниковый диод, р-п – переход и его свойства. Применение полупроводниковых приборов. Задача на применение 1 закона термодинамики.

Импульс тела – это произведение массы тела на его скорость р = mv (кг * м/с) Импульс тела – количество движения. Изменение импульса тела равно изменению импульса силы. ∆p = F∆t
Сумма импульсов тел до взаимодействия равно сумме импульсов после взаимодействия ИЛИ: Геометрическая сумма импульсов тел в замкнутой системе остается постоянной. m1v1 + m2v2 = const

Закон сохранение импульса лежит в основе реактивного движения – это движение, при котором часть тела отделяется, а другая получает дополнительное ускорение.
Реактивное движение в технике: НАПРИМЕР (в самолетах и в ракетах)
Реактивное движение в природе: НАПРИМЕР(моллюски, осьминоги). Большое значение имеет космическая информация для дальнейшего развития науки и техники. Космические исследования, по-видимому, приведут в ближайшем будущем и к революционным преобразованиям во многих областях техники и технологии, а также в медицине. Результаты разработок в области космической техники найдут применение при проведении промышленных и сельскохозяйственных работ, при исследовании глубин Мирового океана и при полярных исследованиях, в спортивных состязаниях, при изготовлении геологического оборудования и в других областях. Полупроводниковый диод - полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами).Электронно-дырочный переход - это область полупроводника, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости (от электронной n-области к дырочной p-области). Применяют полупроводниковые приборы: в автотранспортном комплексе. электронное зажигание. электронный блок управления. светодиоды: датчики, фары, светофоры и т.п. глобальная система позиционирования. сотовые телефоны

6 Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Свободное падение тел. Вес тела. Невесомость. Магнитное поле. Магнитная индукция, линии магнитной индукции. Сила Ампера и её применение. Задача на применение формул работы или мощности постоянного тока.

Закон всемирного тяготения Ньютона - закон, описывающий гравитационное взаимодействие в рамках классической механики. Этот закон был открыт Ньютоном около 1666 года. Он гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы и, разделёнными расстоянием, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Сила тяжести - сила, действующая на любое материальное тело, находящееся вблизи поверхности Земли или другого астрономического тела. Свободное падение - равнопеременное движение под действием силы тяжести, когда другие силы, действующие на тело, отсутствуют или пренебрежимо малы. Вес - сила воздействия тела на опору (или подвес или другой вид крепления), препятствующую падению, возникающая в поле сил тяжести P=mg. Невесомость - состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой (вес тела), возникающая в связи с гравитационным притяжением, действием других массовых сил, в частности силы инерции, возникающей при ускоренном движении тела, отсутствует. Магнитное поле - силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. Магнитная индукция - векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся со скоростью.
Линии магнитной индукции - линии, касательные к которым направлены также как и вектор магнитной индукции в данной точке поля.

7 Явление электромагнитной индукции, использование этого явления. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Работа. Мех. энергия. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения мех. энергии. Э.З: Измерение общего сопротивления электрической цепи при последовательном соединении. Электромагнитная индукция -явление возникновения электрического тора в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Она была открыта Майклом Фараделем. Явление эл. Мак. индукции используется в электро и радиотехнических устройствах: генераторах, трансформаторах, дросселях и др. Закон электромагнитной индукции Фарадея является основным законом электродинамики, касающимся принципов работы трансформаторов, дросселей, многих видов электродвигателей и генераторов. Закон гласит : для любого замкнутого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур, взятой со знаком минус. Правило Ленца определяет направление индукционного тока и гласит: индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей ток.. Мех. работа - это физическая величина, являющаяся скалярной количественной мерой действия силы или сил на тело или систему, зависящая от численной величины, направления силы (сил) и от перемещения точки (точек), тела или системы В физике мех. энергия описывает сумму потенциальной и кинетической энергий, имеющихся в компонентах механической системы. Мех. энергия - это энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу. Закон сохранения мех. энергии утверждает, что если тело или система подвергается действию только консервативных сил (как внешних, так и внутренних), то полная механическая энергия этого тела или системы остаётся постоянной. В изолированной системе, где действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется. Потенциальная это потенциал тела, она олицетворяет то какую работу МОЖЕТ совершить тело! А кинетическая это та сила которая уже совершает работу.Закон сохранения энергии - закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени. Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то его можно именовать не законом, а принципом сохранения энергии. Потенциальная энергия - энергия которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. Кинетическая энергия - случае, когда тело движется под влиянием силы, оно уже не только может, но и совершает какую-то работу

8 Механические колебания, характеристики мех. колебаний: амплитуда, период, частота. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс. Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля катушки. Задача на применение закона сохранения импульса Механическим колебанием называют точно или приближенно повторяющееся движение, при котором тело смещается то в одну, то в другую сторону от положения равновесия. Если система способна совершать колебательные движения, то она называется колебательной. Свойства колебательной системы: Система имеет положение устойчивого равновесия. При выведении системы из положения равновесия, в ней возникает внутренняя возвращающая сила. Система обладает инертностью. Поэтому она не останавливается в положении равновесия, а проходит его. Колебания, возникающие в системе под действием внутренних сил, называются свободными . Все свободные колебания затухают.(например: колебание струны, после удара )Колебания, совершаемые телами под действием внешних периодически изменяющихся сил, называются вынужденными (например: колебание металлической заготовки при работе кузнеца молотом ). Резонанс - явление, при котором амплитуда вынужденных колебаний имеет максимум при некотором значении частоты вынуждающей силы. Часто это значение близко к частоте собственных колебаний, фактически может совпадать, но это не всегда так и не является причиной резонанса. Самоиндукция - это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока. При изменении тока в контуре пропорционально меняется и магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром. Изменение этого магнитного потока, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС(самоиндукциея). Индуктивность - коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность, краем которой является этот контур Вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое обладает энергией.

9 Мех. волны. Длина волны, скорость распространения волны и соотношения между ними. Термоядерная реакция. Применение атомной энергии. Перспективы и проблемы развития ядерной энергетики. Э.З: определение показателя преломления стеклянной пластины. Мех. волны - это распространяющиеся в упругой среде возмущения (отклонения частиц среды от положения равновесия). Если колебания частиц и распространение волны происходят в одном направлении, волну называют продольной, а если эти движения происходят в перпендикулярных направлениях, - поперечной. Продольные волны, сопровождаемые деформациями растяжения и сжатия, могут распространяться в любых упругих средах: газах, жидкостях и твердых телах. Поперечные волны распространяются в тех средах, где появляются силы упругости при деформации сдвига, т. е. в твердых телах. При распространении волны происходит перенос энергии без переноса вещества. Скорость, с которой распространяется возмущение в упругой среде, называют скоростью волны. Она определяется упругими свойствами среды. Расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний в ней, называется длиной волны (ламбда). Длина волны - расстояние, которое волна успевает преодолеть двигаясь в пространстве со скоростью света за один период, который в свою очередь - величина, обратная частоте. Чем выше частота - тем короче длина волны. Термоядерная реакция - разновидность ядерной реакции, при которой лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжёлые за счет кинетической энергии их теплового движения. Развитие индустриального общества опирается на постоянно растущий уровень производства и потребления различных видов энергии.(Резко сокращает использование природных ресурсов

10 Возникновение атомистической гипотезы строения вещества и ее экспериментальные доказательства: диффузия, броуновское движение. Основные положения МКТ. Масса, размеры молекул. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи. Задача на применение формулы мех. работы

Диффузия - это явление распространения частиц одного вещества между частицами другого

Броуновское движение - это движение нерастворимы в жидкости частиц под действиям молекул жидкости Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химических веществ В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения: .Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов. .Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении. Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало. m 0 - масса молекулы (кг). Размер молекулы очень мал. Электродвижущая сила сил , то есть любых сил неэлектрического происхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока.

Закон Ома для полной цепи - сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника.

11 Электромагнитные волны и из свойства. Принцип радиосвязи. Изобретение радио, современные средства связи. Температура и ее измерение Абсолютная температура. Температура – мера средней кинетической энергии движение молекул. Э.З: Измерение оптической силы собирающей линзы.

Электродвижущая сила - скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил , то есть любых сил неэлектрического происхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. Устройство общих схем организации радиосвязи. Характеристика радиосистемы передачи информации, в которой сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн в открытом пространстве. Радио - разновидность беспроводной передачи информации, при которой в качестве носителя информации используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве. 7 мая 1895 года русский физик Александр Степанович Попов (1859 - 1905/06) продемонстрировал первый в мире радиоприемник. Современные средства связи -это телефон, рация и тд. Температура - физическая величина, характеризующая тепловое состояние тел. Температура измеряется в градусах.

Абсолютная температура - это безусловная мера температуры и одна из главных характеристики

термодинамики. Температура - мера средней кинетической энергии молекул, энергия

пропорциональна температуре.

12 Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый и второй законы термодинамики. Генератор переменного тока. Трансформатор. Производство и передача электроэнергии, энергосбережение в быту и на производстве. Э.З: Измерение ускорения свободного падения в данной точке земли.

В термодинамике движение тела как целого не рассматривается, речь идет о перемещении частей макроскопического тела друг относительно друга. В результате может меняться объем тела, а его скорость остается равной нулю. Работа в термодинамике определяется так же, как и в механике, но она равна не

изменению кинетической энергии тела, а изменению его внутренней энергии. Внутренняя эне́ргия тела (обозначается как E или U) - полная энергия этого тела за вычетом кинетической энергии тела как целого и потенциальной энергии тела во внешнем поле сил. Следовательно, внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии. Первый закон термодинамики Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

Второй закон термодинамики . Невозможно перевести теплоту от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или окружающих телах.генератор переменного тока это прибор производящий переменный ток

Трансформатор- это Устройство, служащее для понижения или повышения тока или напряжения. Энергосбережение – создание новых технологий которые потребляют меньше энергии(новые лампы и пр.)

Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей. Тепловые двигатели и экология. Радиолокация, применение радиолокации. Экспериментальное задание: измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

Тепловой двигатель - устройство, совершающее работу за счет использования внутренней энергии, тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию, использует зависимость теплового расширения вещества от температуры.

Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называют отношение работы A´, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученной от нагревателя:

Непрерывное развитие энергетики, автомобильного и других видов транспорта, возрастание потребления угля, нефти и газа в промышленности и на бытовые нужды увеличивает возможности удовлетворения жизненных потребностей человека. Однако в настоящее время количество ежегодно сжигаемого в различных тепловых машинах химического топлива настолько велико, что все более сложной проблемой становится охрана природы от вредного влияния продуктов сгорания. Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду“связано с действием различных факторов.

Радиолока́ция - область науки и техники, объединяющая методы и средства локации (обнаружения и измерения координат) и определения свойств различных объектов с помощью радиоволн.

Ракеты с радиолокационным наведением оснащаются для выполнения боевых задач специальными автономными устройствами. Океанские суда используют радиолокационные системы для навигации. На самолетах радиолокаторы используют для решения ряда задач, в том числе для определения высоты полета относительно земли.

При взаимодействии тел импульс одного тела может частично или полностью передаваться другому телу. Если на систему тел не действуют внешние силы со стороны других тел, то такая система называется замкнутой .

В замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Этот фундаментальный закон природы называется законом сохранения импульса . Он является следствием из второго и третьего законов Ньютона.

Рассмотрим какие-либо два взаимодействующих тела, входящих в состав замкнутой системы. Силы взаимодействия между этими телами обозначим через и По третьему закону Ньютона

Если эти тела взаимодействуют в течение времени t , то импульсы сил взаимодействия одинаковы по модулю и направлены в противоположные стороны:

Применим к этим телам второй закон Ньютона:

Где и – импульсы тел в начальный момент времени, и – импульсы тел в конце взаимодействия. Из этих соотношений следует, что в результате взаимодействия двух тел их суммарный импульс не изменился:

Закон сохранения импульса:

Рассматривая теперь всевозможные парные взаимодействия тел, входящих в замкнутую систему, можно сделать вывод, что внутренние силы замкнутой системы не могут изменить ее суммарный импульс, т. е. векторную сумму импульсов всех тел, входящих в эту систему.

Рис. 1.17.1 иллюстрирует закон сохранения импульса на примере нецентрального соударения двух шаров разных масс, один из которых до соударения находился в состоянии покоя.

Изображенные на рис. 1.17.1 вектора импульсов шаров до и после соударения можно спроектировать на координатные оси OX и OY . Закон сохранения импульса выполняется и для проекций векторов на каждую ось. В частности, из диаграммы импульсов (рис. 1.17.1) следует, что проекции векторов и импульсов обоих шаров после соударения на ось OY должны быть одинаковы по модулю и иметь разные знаки, чтобы их сумма равнялась нулю.

Закон сохранения импульса во многих случаях позволяет находить скорости взаимодействующих тел даже тогда, когда значения действующих сил неизвестны. Примером может служить реактивное движение .

При стрельбе из орудия возникает отдача – снаряд движется вперед, а орудие – откатывается назад. Снаряд и орудие – два взаимодействующих тела. Скорость, которую приобретает орудие при отдаче, зависит только от скорости снаряда и отношения масс (рис. 1.17.2). Если скорости орудия и снаряда обозначить через и а их массы через M и m , то на основании закона сохранения импульса можно записать в проекциях на ось OX

На принципе отдачи основано реактивное движение . В ракете при сгорании топлива газы, нагретые до высокой температуры, выбрасываются из сопла с большой скоростью относительно ракеты. Обозначим массу выброшенных газов через m , а массу ракеты после истечения газов через M . Тогда для замкнутой системы «ракета + газы» на основании закона сохранения импульса (по аналогии с задачей о выстреле из орудия) можно записать:

где V – скорость ракеты после истечения газов. В данном случае предполагается, что начальная скорость ракеты равнялась нулю.

Полученная формула для скорости ракеты справедлива лишь при условии, что вся масса сгоревшего топлива выбрасывается из ракеты одновременно . На самом деле истечение происходит постепенно в течение всего времени ускоренного движения ракеты. Каждая последующая порция газа выбрасывается из ракеты, которая уже приобрела некоторую скорость.

Для получения точной формулы процесс истечения газа из сопла ракеты нужно рассмотреть более детально. Пусть ракета в момент времени t имеет массу M и движется со скоростью (рис. 1.17.3 (1)). В течение малого промежутка времени Δt из ракеты будет выброшена некоторая порция газа с относительной скоростью Ракета в момент t + Δt будет иметь скорость а ее масса станет равной M + ΔM , где ΔM < 0 (рис. 1.17.3 (2)). Масса выброшенных газов будет, очевидно, равна –ΔM > 0. Скорость газов в инерциальной системе OX будет равна Применим закон сохранения импульса. В момент времени t + Δt импульс ракеты равен , а импульс испущенных газов равен . В момент времени t импульс всей системы был равен Предполагая систему «ракета + газы» замкнутой, можно записать:

Величиной можно пренебречь, так как |ΔM | << M . Разделив обе части последнего соотношения на Δt и перейдя к пределу при Δt →0, получаем:

Рисунок 1.17.3. Ракета, движущаяся в свободном пространстве (без гравитации). 1 – в момент времени t . Масса ракеты М, ее скорость 2 – Ракета в момент времени t + Δt . Масса ракеты M + ΔM , где ΔM < 0, ее скорость масса выброшенных газов –ΔM > 0, относительная скорость газов скорость газов в инерциальной системе

Величина есть расход топлива в единицу времени. Величина называется реактивной силой тяги Реактивная сила тяги действует на ракету со стороны истекающих газов, она направлена в сторону, противоположную относительной скорости. Соотношение
выражает второй закон Ньютона для тела переменной массы. Если газы выбрасываются из сопла ракеты строго назад (рис. 1.17.3), то в скалярной форме это соотношение принимает вид:

где u – модуль относительной скорости. С помощью математической операции интегрирования из этого соотношения можно получить формулу Циолковского для конечной скорости υ ракеты:

где – отношение начальной и конечной масс ракеты.

Из нее следует, что конечная скорость ракеты может превышать относительную скорость истечения газов. Следовательно, ракета может быть разогнана до больших скоростей, необходимых для космических полетов. Но это может быть достигнуто только путем расхода значительной массы топлива, составляющей большую долю первоначальной массы ракеты. Например, для достижения первой космической скорости υ = υ 1 = 7,9·10 3 м/с при u = 3·10 3 м/с (скорости истечения газов при сгорании топлива бывают порядка 2–4 км/с) стартовая масса одноступенчатой ракеты должна примерно в 14 раз превышать конечную массу. Для достижения конечной скорости υ = 4u отношение должно быть равно 50.

Значительное снижение стартовой массы ракеты может быть достигнуто при использовании многоступенчатых ракет , когда ступени ракеты отделяются по мере выгорания топлива. Из процесса последующего разгона ракеты исключаются массы контейнеров, в которых находилось топливо, отработавшие двигатели, системы управления и т. д. Именно по пути создания экономичных многоступенчатых ракет развивается современное ракетостроение.