Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу

Урок з фізики: Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу.

Викладач спеціаліст ІІ категорії, учитель фізики Глебенко Василь Васильович

Мета уроку: cформувати поняття про імпульс тіла, імпульс сили та зв'язок між цими величинами, формувати знання про закон збереження імпульсу, уміння виводити закон та застосовувати його для пояснення життєвих прикладів;розвивати в учнів інтерес до науки, вміння самостійно працювати з науково-популярною літературою;виховувати прагнення до поповнення знань, впевненості учнів у собі, у своїх діях, висловлюваннях.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Обладнання: підручник з фізики, збірник задач з фізики.

Хід уроку.

I. Актуалізація опорних знань.

 1) Яку фізичну величину називають силою?

2) Яку фізичну величину називають масою?

3) Яку фізичну величину називають прискоренням?

4) Сформулюйте другий закон Ньютона.

5) Сформулюйте третій закон Ньютона.

II. Мотивація навчальної діяльності.

Ми вивчили закони Ньютона, які дають відповідь на питання: за яких умов тіло зберігає свій стан або рухається з прискоренням та розглянули сили, які вивчає механіка. А також Ви вже знаєте алгоритм розв’язування задач на рух тіла під впливом кількох сил. Але є випадки, коли не обов’язково розглядати всі сили, що діють на тіло при розв’язуванні задач.

Разом з тим було помічено, що є низка фізичних величин, які за певних умов залишаються незмінними (зберігаються). До таких величин, зокрема, належать маса, енергія, імпульс та інші. Вони підлягають дії законів, які у фізиці називаються законами збереження. Врахування цих законів дає змогу раціонально розв’язувати багато задач і пояснити плин багатьох фізичних явищ і процесів.

IV. Сприймання й первинне осмислення матеріалу.  

1. Імпульс тіла.

Імпульс тіла дуже часто ще називають кількістю руху, оскільки він характеризує вплив тіла на інші тіла внаслідок взаємодії.

Приклад: (аварія на дорозі)

Зіштовхується легковик з вантажівкою і коли руйнування легкової машини будуть більші, коли вантажівка пуста чи навантажена? (відповідь: навантажена). Тобто чим більша маса тіла, тим тіло більш інертне, тим вплив його на інші тіла буде більший.

Як впливає швидкість вантажівки на руйнування легковика? ( відповідь: Чим більша швидкість тим руйнування більші.)

Отже, чим більша маса тіла і його швидкість, тим вплив на інші тіла буде більший. Тобто тим більша кількість руху (імпульс тіла).

Можемо зробити висновок:

Імпульс тіла- це фізична величина, що є характеристикою механічного руху і дорівнює добутку маси тіла т на його швидкість v.

Позначають імпульс тіла літерою P.

Можемо записати формулу для імпульсу тіла:

, де т – маса тіла (кг)

v – швидкість ().

Оскільки швидкість величина векторна, а маса скалярна, то імпульс також є величиною векторною при чому напрямок швидкості і імпульсу тіла співпадають.

Імпульс як фізична величина має свої одиниці вимірювання:

2)  Замкнута система тіл.

При вивченні взаємодії між тілами дією деяких сил можна знехтувати, оскільки вона не є суттєвою. В такому випадку таку систему тіл називають замкнутою,  оскільки не враховують вплив інших тіл на дану систему:

Наприклад: щеплення вагонів.

В цьому випадку можна знехтувати впливом на вагони сили тяжіння та сили реакції опори, суттєвими є лише маси вагонів та їх швидкості, тому систему таких вагонів можна назвати замкнутими.

Група об’єднаних за певною спільною ознакою тіл, які не діють на інші тіла або дія яких несуттєва за даних умов, називається замкнутою (ізольованою) системою.

Поняття замкнутої системи – умовне і визначається завданнями, які ставляться перед дослідженням, умовами досліду,  рівнем розвитку експериментального чи теоретичного методу дослідження. Якщо система з певних міркувань вважається замкнутою, то з огляду на це вона не залишається поза природою, у ній без будь-яких змін діють усі фізичні закони, зокрема закони збереження.

3) Закон збереження імпульсу

Давайте розглянемо взаємодію двох куль під час удару. Оскільки вплив сили тяжіння компенсується реакцією опори, а сила тертя дуже мала, то нею можна знехтувати, тому систему двох куль можна вважати замкнутою.

Нехай кулі масами і рухаються на зустріч одна одній зі швидкостями і 

під час удару, кулі діють одна на одну із силами і  , які згідно з третім законом Ньютона рівні за модулем і протилежні за напрямком.

              (1)

Згідно з другим законом  Ньютона:  ,

, тоді можемо записати (1) рівність наступним чином:

     (2)

Якщо скористаємось формулою для прискорення, то:

де , – швидкості куль після удару (мал.)

а   ,  оскільки час взаємодії двох куль однаковий.

Підставивши вирази для прискорення в рівність (2) отримаємо:

Оскільки знаменники обох частин рівності ріні, то їх можна скоротити і отримаємо:

Розкриємо дужки:

Добуток маси на швидкість – це яка величина? (імпульс тіла)

Перепишемо дане рівняння так, щоб початкові імпульси тіл були з одного боку рівності, а кінцеві з іншого.

Отримаємо: 

Виходячи з даної рівності видно, що справа у нас сумарний імпульс куль до взаємодії, а зліва – після взаємодії.

Які числові значення цих сумарних імпульсів? (рівні)

Тобто, можемо зробити висновок:

Якщо два тіла взаємодіють лише одне з одним, то сума їхніх імпульсів до взаємодії і після взаємодії залишається однаковою.

Остання формула є записом закону збереження імпульсу для взаємодії двох тіл. (візьміть формулу в рамочку)

Якщо скористатись позначенням імпульсу тіла, то останню рівність можна переписати наступним чином:

Це твердження поширюється і на систему з довільною кількістю взаємодіючих тіл, тому можна дати загальне формулювання закону збереження імпульсу: (запишіть)

У замкнутій системі (ізольованій) векторна сума імпульсів тіл за будь-яких взаємодій між ними залишається незмінною.

де - кількість тіл в системі, а слово - означає стала (незмінна величина)

Закон збереження імпульсу – один з основних законів природи. Це положення справджується для всіх явищ природи.

V. Закріплення нового матеріалу.

1) З якою фізичною величиною ми сьогодні познайомились?

2) Яка основна властивість цієї величини для замкнутої системи?

3) Про що говорить закон збереження імпульсу?

Вправа 18

№1 Який імпульс кулі масою 5,6 г, що летить зі швидкістю 900 ?

VI. Підбиття підсумків уроку та повідомлення домашнього завдання.

1. Реактивний рух та його прояви в природі. (напр. рух медузи) Будова ракети з реактивним двигуном.
2. Розвиток космонавтики в Україні. Освоєння космосу.
3. Внесок українських вчених в розвиток реактивної техніки та космонавтики.

Домашнє завдання