Impuls siły: zmiana pędu wymaga uwzględnienia zwrotu

Potrzebne wiadomości: Pęd, wektory, średnia siła i pole pod wykresem.

Od siły do zmiany pędu

Impuls wypadkowej siły jest równy zmianie pędu: \vec J=\Delta\vec p. Dla stałej masy w mechanice klasycznej \Delta\vec p=m(\vec v_2-\vec v_1). Średnia siła w przedziale Δt spełnia \vec F_{sr}=\Delta\vec p/\Delta t. Jednostki N·s i kg·m/s są równoważne.

Piłka 0,10 kg nadlatuje z v=+6 m/s, a wraca z v=−4 m/s. Zmiana jej pędu wynosi −1,0 kg·m/s, nie −0,2 kg·m/s. Odejmujemy składowe prędkości ze znakami. Dla czasu kontaktu 0,020 s średnia wypadkowa ma wartość 50 N i zwrot przeciwny do początkowego ruchu.

Średnia to nie maksimum

Ten sam impuls rozłożony na dłuższy czas oznacza mniejszą średnią siłę. Nie określa to jednak samodzielnie maksymalnej siły: potrzebujemy przebiegu w czasie. Miękka osłona może wydłużać hamowanie, ale konkretnego bezpieczeństwa urządzenia nie da się ocenić jednym szkolnym ilorazem.

Jeżeli pytamy o siłę kontaktu, a inne siły działają przez istotny czas, trzeba uwzględnić również ich impulsy. Przy odbiciu pionowym ciężar nie znika. W krótkich zderzeniach bywa pomijalny względem kontaktu, ale powinno to być jawne przybliżenie, a nie automatyczny krok.

Zadania do tego tematu

• Odbicie piłki od pionowej ściany ze zmianą szybkości
• Odbicie pionowe z niepomijalnym impulsem ciężaru
• Dwa przeciwne impulsy nie muszą zatrzymać ciała
• Dwa czasy zatrzymania tego samego wózka

Dalsza lektura

Materiał referencyjny