На примере рассмотрим свободное падение тела с начальной скоростью
v
0
под действием силы тяжести за промежуток времени
t
. При направлении оси
O
Y
вертикально вниз импульс силы тяжести
F
т
=
mg
, действующий за время
t
, равняется
m
g
t
. Такой импульс равняется изменению импульса тела:
F
т
t
=
m
g
t
=
Δ
p
=
m
(
v
–
v
0
)
, откуда
v
=
v
0
+
g
t
.
Запись совпадает с кинематической формулой определения скорости равноускоренного движения. По модулю сила не изменяется из всего интервала
t
. Когда она изменяема по величине, тогда формула импульса требует подстановки среднего значения силы
F
с
р
из временного промежутка
t
. Рисунок
1
.
16
.
2
показывает, каким образом определяется импульс силы, которая зависит от времени.
Изменение импульса
Рисунок
1
.
16
.
2
.
Вычисление импульса силы по графику зависимости
F
(
t
)
Необходимо выбрать на временной оси интервал
Δ
t
, видно, что сила
F
(
t
)
практически неизменна. Импульс силы
F
(
t
)
Δ
t
за промежуток времени
Δ
t
будет равняться площади заштрихованной фигуры. При разделении временной оси на интервалы на
Δ
t
i
на промежутке от от
0
до
t
, сложить импульсы всех действующих сил из этих промежутков
Δ
t
i
, тогда суммарный импульс силы будет равняться площади образования при ступенчатой и временной осей.
Применив предел
(
Δ
t
i
→
0
)
, можно найти площадь, которая будет ограничиваться графиком
F
(
t
)
и осью
t
. Использование определения импульса силы по графику применимо с любыми законами, где имеются изменяющиеся силы и время. Данное решение ведет к интегрированию функции
F
(
t
)
из интервала
[
0
;
t
]
.
Рисунок
1
.
16
.
2
показывает импульс силы, находящийся на интервале от
t
1
=
0
с до
t
2
=
10
.
Из формулы получим, что
F
с
р
(
t
2
−
t
1
)
=
1
2
F
m
a
x
(
t
2
−
t
1
)
=
100
Н
⋅
с
=
100
к
г
⋅
м
/
с
.
То есть, из примера видно
F
с
р
=
1
2
F
m
a
x
=
10
Н
.
Объяснение:
В момент времени t = 1 с ускорения точек были одинаковы, относительная скорость точек v₂₋₁ = 3 м/с, точки находились на расстоянии 5 м друг от друга
Объяснение:
При движении координата 1-й точки изменяется по закону
x₁(t) = 1 + 7t + t² + 2t³
Скорость движения 1-й точки
v₁(t) = x' = 7 + 2t + 6t²
Ускорение движения 1-й точки
a₁(t) = v₁'(t) = 2 + 12t
Ускорение движения 2-й точки задано
a₂(t) = 8 + 6t
Момент времени t, в который ускорения точек одинаковы, определим из уравнения
2 + 12t = 8 + 6t
6t = 6
t = 1 (с)
Cкорость движения 2-й точки
v₂(t) =v₂₀ + ∫a₂(t) dt = 1 + ∫(8 + 6t) dt = 1 + 8t +3t²
В моvент времени t = 1 скорости точек
v₂(1) = 1 + 8 + 3 = 12 (м/с)
v₁(t) = 7 + 2 + 6 = 15 (м/с)
Относительная скорость
v₂₋₁ = v₁(t) - v₂(1) = 15 - 12 = 3 (м/с)
Координата 2-й точки
х₂(е) = х₂₀ + ∫v₂(t) d = ∫(1 + 8t + 3t²) dt = t + 4t² + t³
В моvент времени t = 1 координаты точек
x₁(1) = 1 + 7 + 1 + 2 = 11 (м)
х₂(1) = 1 + 4 + 1 = 6 (м)
Точки находились друг от друга на расстоянии
s₁₋₂ = 11 - 6 = 5 (м)
