Šis salīdzinājums pēta fundamentālās attiecības starp impulsu un inerci klasiskajā mehānikā. Lai gan inerce apraksta objekta kustības apjomu, impulss atspoguļo šīs kustības izmaiņas, ko izraisa ārējs spēks, kas pielikts noteiktā laika periodā.
Iezīmes
Impulss ir kustības mērs, savukārt impulss ir kustības izmaiņu cēlonis.
Impulsa-momenta teorēma pierāda, ka impulss ir vienāds ar impulsa izmaiņām.
Trieciena laika pagarināšana samazina spēku, pie kura kopējais impulss ir vienāds.
Abi ir vektoru lielumi, kas nozīmē, ka virziens ir būtisks aprēķināšanai.
Kas ir Impulss?
Objekta kustības mērījums, ko nosaka tā masa un ātrums.
Vektora daudzums: Piemīt gan lielums, gan virziens
Standarta mērvienība: kg·m/s (kilogrammetri sekundē)
Formula: p = mv
Simbols: apzīmēts ar mazo burtu p
Saglabāšanās: Izolētās sistēmās paliek nemainīgs
Kas ir Impulss?
Pieliktā spēka un tā darbības laika intervāla reizinājums.
Vektora daudzums: virziens atbilst pielietotajam spēkam
Standarta mērvienība: N·s (ņūtonsekundes)
Formula: J = FΔt
Simbols: apzīmēts ar lielo burtu J vai I
Attiecība: Vienāda ar impulsa izmaiņām (Δp)
Salīdzinājuma tabula
Funkcija
Impulss
Impulss
Definīcija
Kustības daudzums kustīgā ķermenī
Impulsa izmaiņas laika gaitā
Matemātiskā formula
p = masa × ātrums
J = spēks × laika intervāls
SI mērvienības
kg·m/s
N·s
Objekta stāvoklis
Kustīga objekta īpašums
Process vai notikums, kas notiek ar objektu
Atkarība
Atkarīgs no masas un ātruma
Atkarīgs no spēka un ilguma
Galvenā teorēma
Impulsa nezūdamības likums
Impulsa-momenta teorēma
Detalizēts salīdzinājums
Konceptuālā daba
Impulss ir objekta pašreizējā kustības stāvokļa momentuzņēmums, kas apraksta, cik grūti būtu apturēt šo objektu. Turpretī impulss ir spēka pielietošanas darbība, lai mainītu šo stāvokli. Lai gan impulss ir kaut kas, kas objektam "pieder", impulss ir kaut kas, ko ārējs aģents "nodara" objektam.
Matemātiskās attiecības
Abus jēdzienus saista impulsa-momenta teorēma, kas nosaka, ka objektam pieliktais impulss ir tieši vienāds ar tā impulsa izmaiņām. Tas nozīmē, ka neliels spēks, kas pielikts ilgā laika periodā, var radīt tādas pašas impulsa izmaiņas kā liels spēks, kas pielikts īslaicīgi. Matemātiski mērvienības N·s un kg·m/s ir līdzvērtīgas un savstarpēji aizvietojamas.
Laika loma
Laiks ir noteicošais faktors, kas atšķir šos divus jēdzienus. Impulss ir momentāna vērtība, kas nav atkarīga no tā, cik ilgi objekts ir kustējies. Tomēr impulss ir pilnībā atkarīgs no spēka pielikšanas ilguma, kas ilustrē, kā trieciena laika pagarināšana var samazināt vidējo spēku, ko objekts izjūt.
Trieciena dinamika
Sadursmju laikā impulss raksturo enerģijas pārnesi un no tā izrietošo ātruma izmaiņas. Lai gan slēgtas sistēmas kopējais impulss sadursmes laikā saglabājas, impulss nosaka atsevišķu komponentu specifiskos bojājumus vai paātrinājumu. Drošības funkcijas, piemēram, drošības spilveni, darbojas, palielinot impulsa laiku, lai samazinātu trieciena spēku.
Priekšrocības un trūkumi
Impulss
Iepriekšējumi
+Prognozē sadursmju iznākumu
+Saglabāts slēgtās sistēmās
+Vienkāršs masas un ātruma aprēķins
+Orbitālās mehānikas pamati
Ievietots
−Ignorē spēka ilgumu
−Nav svarīgi stacionāriem objektiem
−Nepieciešams nemainīgas masas pieņēmums
−Neapraksta ietekmi
Impulss
Iepriekšējumi
+Izskaidro spēka un laika kompromisus
+Izšķiroša nozīme drošības inženierijā
+Saista spēku ar kustību
+Aprēķina mainīgo spēku efektus
Ievietots
−Nepieciešami laika intervāla dati
−Bieži vien ietver sarežģītu integrāciju
−Nav pastāvīgs īpašums
−Grūtāk izmērīt tieši
Biežas maldības
Mīts
Impulss un impulss ir divi pilnīgi atšķirīgi enerģijas veidi.
Realitāte
Impulss un impulss ir saistīti ar Ņūtona spēku un ātrumu, nevis tieši ar enerģiju. Lai gan tie ir saistīti ar kinētisko enerģiju, tie ir vektoru lielumi, savukārt enerģija ir skalārs lielums bez virziena.
Mīts
Lielāks impulss vienmēr rada lielāku spēku.
Realitāte
Impulss ir spēka un laika reizinājums, tāpēc lielu impulsu var panākt ar ļoti mazu spēku, ja tas tiek pielikts pietiekami ilgi. Šī principa dēļ mīksta nosēšanās ir drošāka par smagu.
Mīts
Miera stāvoklī esošiem objektiem impulss ir nulle.
Realitāte
Impulss nav objekta īpašība; tā ir mijiedarbība. Lai gan nekustīgam objektam nav impulsa, tas var "piedzīvot" impulsu, ja tam tiek pielikts spēks, kas savukārt piešķir tam impulsu.
Mīts
Impulsam un inercei ir dažādas mērvienības, kuras nevar salīdzināt.
Realitāte
Impulsa (ņūtonsekundes) un impulsa (kilogrammetri sekundē) mērvienības ir dimensiju ziņā identiskas. Viens ņūtons ir definēts kā 1 kg·m/s², tāpēc, reizinot ar sekundēm, iegūst tieši tādu pašu mērvienību kā impulsa noteikšanai.
Bieži uzdotie jautājumi
Kā drošības spilvens izmanto impulsa jēdzienu?
Drošības spilveni ir paredzēti, lai palielinātu laika intervālu, kurā mainās pasažiera inerce sadursmes laikā. Sadalot inerces izmaiņas ilgākā laika periodā, vidējais uz personu iedarbinātais spēks tiek ievērojami samazināts. Tas atbilst formulai J = FΔt, kur Δt palielināšana ļauj F samazināties, bet J paliek nemainīgs.
Vai objektam var būt impulss bez impulsa?
Jā, jebkuram kustībā esošam objektam ir impulss. Impulss rodas tikai tad, kad tiek pielikts spēks, lai mainītu šo kustību; tāpēc objektam, kas pārvietojas ar nemainīgu ātrumu, ir impulss, bet tas pašlaik neizjūt neto impulsu.
Kāpēc impulsu apzīmē ar burtu p?
Lai gan precīza vārda izcelsme ir diskusiju objekts, daudzi vēsturnieki uzskata, ka tas cēlies no latīņu vārda “petere”, kas nozīmē iet uz priekšu vai meklēt. Burta “m” lietošana nebija iespējama, jo tas jau bija rezervēts masai, kā rezultātā tādi zinātnieki kā Leibnica un galu galā plašāka sabiedrība sāka pieņemt burtu “p”.
Kāda ir atšķirība starp kopējo impulsu un momentāno spēku?
Momentānais spēks ir grūdiens vai vilkšana noteiktā milisekundē, savukārt kopējais impulss ir šī spēka kumulatīvā iedarbība visā mijiedarbības laikā. Ja attēlojat spēka grafiku laika gaitā, impulsu attēlo kopējā platība zem līknes.
Vai avārijas laikā impulss vienmēr paliek nemainīgs?
Slēgtā sistēmā, kurā neiedarbojas ārēji spēki, visu iesaistīto objektu kopējais impulss pirms un pēc sadursmes paliek nemainīgs. Tomēr atsevišķi sistēmas objekti piedzīvos impulsa (indukcija) izmaiņas, kad tie pārnes kustību viens uz otru.
Kā aprēķināt impulsu, ja spēks nav nemainīgs?
Kad spēks laika gaitā mainās, impulsu aprēķina, integrējot spēka funkciju noteiktā laika intervālā. Vienkāršākās fizikas problēmās bieži tiek izmantots "vidējais spēks", lai vienkāršotu aprēķinu standarta J = FΔt vienādojumā.
Vai impulss ir vektors vai skalārs?
Impulss ir vektora lielums, kas nozīmē, ka virziens, kurā tiek pielikts spēks, ir kritiski svarīgs. Ja impulsu pieliek pretējā virzienā objekta impulsam, objekts palēnināsies; ja to pieliek tajā pašā virzienā, tas paātrināsies.
Kas notiek ar impulsu, ja objekta masa kustības laikā mainās?
Ja masa mainās (piemēram, raķetei, kas sadedzina degvielu), impulss joprojām ir momentānās masas un ātruma reizinājums. Tomēr kustības izmaiņu aprēķināšana kļūst sarežģītāka, un ir nepieciešams izmantot mainīgās masas vienādojumu, kas atvasināts no Ņūtona otrā likuma.
Spriedums
Aprēķinot kustīga ķermeņa stāvokli vai analizējot sadursmes izolētās sistēmās, izvēlieties impulsu. Izvēlieties impulsu, novērtējot spēka ietekmi laika gaitā vai projektējot drošības mehānismus trieciena spēku samazināšanai.