Конспект урока: "Импульс тела. Реактивное движение.". Импульс тела. Импульс силы. Закон сохранения импульса

Импульс силы и импульс тела

Как было показано, второй закон Ньютона может быть записан в виде

Ft=mv-mv o =p-p o =D p.

Векторную величину Ft, равную произведению силы на время ее действия, называют импульсом силы . Векторную величину р=mv, равную произведению массы тела на его скорость, называют импульсом тела .

В СИ за единицу импульса принят импульс тела массой 1 кг, движущегося со скоростью 1 м/с, т.е. единицей импульса является килограммметр в секунду (1 кг·м/с).

Изменение импульса тела D p за время t равно импульсу силы Ft, действующей на тело в течение этого времени.

Понятие импульса является одним из фундаментальных понятий физики. Импульс тела является одной из величин, способных при определенных условиях сохранять свое значение неизменным (но модулю, и по направлению).

Сохранение полного импульса замкнутой системы

Замкнутой системой называют группу тел, не взаимодействующих ни с какими другими телами, которые не входят в состав этой группы. Силы взаимодействия между телами, входящими в замкнутую систему, называют внутренними . (Внутренние силы обычно обозначают буквой f).

Рассмотрим взаимодействие тел внутри замкнутой системы. Пусть два шара одинакового диаметра, изготовленные из разных веществ (т. е. имеющие разные массы), катятся по идеально гладкой горизонтальной поверхности и сталкиваются друг с другом. При ударе, который мы будем считать центральным и абсолютно упругим, изменяются скорости и импульсы шаров. Пусть масса первого шара m 1 , его скорость до удара V 1 , а после удара V 1 "; масса второго шара m 2 , его скорость до удара v 2 , после удара v 2 ". Согласно третьему закону Ньютона, силы взаимодействия между шарами равны по модулю и противоположны по направлению, т.е. f 1 =-f 2 .

Согласно второму закону Ньютона, изменение импульсов шаров в результате их соударения равно импульсам сил взаимодействия между ними, т. е.

m 1 v 1 "-m 1 v 1 =f 1 t (3.1)

m 2 v 2 "-m 2 v 2 =f 2 t (3.2)

где t - время взаимодействия шаров.
Почленно сложив выражения (3.1) и (3.2), найдем, что

m 1 v 1 "-m 1 v 1 +m 2 v 2 "-m 2 v 2 =0.

Следовательно,

m 1 v 1 "+m 2 v 2 "=m 1 v 1 +m 2 v 2

или иначе

p 1 "+p 2 "=p 1 +p 2 . (3.3)

Обозначим р 1 "+р 2 "=р" и р 1 +р 2 =p.
Векторную сумму импульсов всех тел, входящих в систему, называют полным импульсом этой системы . Из (3.3) видно, что р"=р, т.е. р"-р=D р=0, следовательно,

p=p 1 +p 2 =const.

Формула (3.4) выражает закон сохранения импульса в замкнутой системе , который формулируют так: полный импульс замкнутой системы тел остается постоянным при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.
Иными словами, внутренние силы не могут изменить полного импульса системы ни по модулю, ни по направлению.

Изменение полного импульса незамкнутой системы

Группу тел, взаимодействующих не только между собой, но и с телами, не входящими в состав этой группы, называют незамкнутой системой . Силы, с которыми на тела данной системы действуют тела, не входящие в эту систему, называют внешними (обычно внешние силы обозначают буквой F).

Рассмотрим взаимодействие двух тел в незамкнутой системе. Изменение импульсов данных тел происходит как под действием внутренних сил, так и под действием внешних сил.

Согласно второму закону Ньютона, изменения импульсов рассматриваемых тел у первого и второго тел составляют

D р 1 =f 1 t+F 1 t (3.5)

D р 2 =f 2 t+F 2 t (3.6)

где t - время действия внешних и внутренних сил.
Почленно сложив выражения (3.5) и (3.6), найдем, что

D (p 1 +p 2)=(f 1 +f 2)t +(F 1 +F 2)t (3.7)

В этой формуле р=р 1 +р 2 - полный импульс системы, f 1 +f 2 =0 (так как по третьему закону Ньютона (f 1 =-f 2), F 1 +F 2 =F - равнодействующая всех внешних сил, действующих на тела данной системы. С учетом сказанного формула (3.7) принимает вид

D р=Ft. (3.8)

Из (3.8) видно, что полный импульс системы изменяется только под действием внешних сил. Если же система замкнутая, т. е. F=0, то D р=0 и, следовательно, р=const. Таким образом, формула (3.4) является частным случаем формулы (3.8), которая показывает, при каких условиях полный импульс системы сохраняется, а при каких - изменяется.

Реактивное движение.
Значение работ Циолковского для космонавтики

Движение тела, возникающее вследствие отделения от него части его массы с некоторой скоростью, называют реактивным .

Все виды движения, кроме реактивного, невозможны без наличия внешних для данной системы сил, т. е. без взаимодействия тел данной системы с окружающей средой, а для осуществления реактивного движения не требуется взаимодействия тела с окружающей средой. Первоначально система покоится, т. е. ее полный импульс равен нулю. Когда из системы начинает выбрасываться с некоторой скоростью часть ее массы, то (так как полный импульс замкнутой системы по закону сохранения импульса должен оставаться неизменным) система получает скорость, направленную в противо-положную сторону. Действительно, так как m 1 v 1 +m 2 v 2 =0, то m 1 v 1 =-m 2 v 2 , т. е.

v 2 =-v 1 m 1 /m 2 .

Из этой формулы следует, что скорость v 2 , получаемая системой с массой m 2 , зависит от выброшенной массы m 1 и скорости v 1 ее выбрасывания.

Тепловой двигатель, в котором сила тяги, возникающая за счет реакции струи вылетающих раскаленных газов, приложена непосредственно к его корпусу, называют реактивным. В отличие от других транспортных средств устройство с реактивным двигателем может двигаться в космическом пространстве.

Основоположником теории космических полетов является выдающийся русский ученый Циолковский (1857 - 1935). Он дал общие основы теории реактивного движения, разработал основные принципы и схемы реактивных летательных аппаратов, доказал необходимость использования многоступенчатой ракеты для межпланетных полетов. Идеи Циолковского успешно осуществлены в СССР при постройке искусственных спутников Земли и космических кораблей.

Основоположником практической космонавтики является советский ученый академик Королев (1906 - 1966). Под его руководством был создан и запущен первый в мире искусственный спутник Земли, состоялся первый в истории человечества полет человека в космос. Первым космонавтом Земли стал советский человек Ю.А. Гагарин (1934 - 1968).

Вопросы для самоконтроля:

• Как записывают второй закон Ньютона в импульсной форме?
• Что называют импульсом силы? импульсом тела?
• Какую систему тел называют замкнутой?
• Какие силы называют внутренними?
• На примере взаимодействия двух тел в замкнутой системе покажите, как устанавливают закон сохранения импульса. Как его формулируют?
• Что называют полным импульсом системы?
• Могут ли внутренние силы изменить полный импульс системы?
• Какую систему тел называют незамкнутой?
• Какие силы называют внешними?
• Установите формулу, показывающую, при каких условиях полный импульс системы изменяется, а при каких - сохраняется.
• Какое движение называют реактивным?
• Может ли оно происходить без взаимодействия движущегося тела с окружающей средой?
• На каком законе основано реактивное движение?
• Каково значение работ Циолковского для космонавтики?

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.____________________________________________________________________

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.

Тема. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

Цель: cформировать знания учащихся о физических величи­нах - импульсе тела и импульсе силы, и связи между ними; помочь осознать закон сохранения импульса; cформировать знания о реактивном движении.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Оборудование: стальной шарик, магнит, стакан с водой, лист бумаги, одинаковые шары (2 или 4) на нитях, воздушный шарик, поддон, детская машинка, стакан с водой и краном.

^ План-схема урока

1. 
   Организационный этап
2. 
   Актуализация и коррекция опорных знаний

Вопросы классу

1. 
   Сформулируйте первый закон динамики Ньютона.
2. 
   Сформулируйте второй закон динамики Ньютона.
3. 
   Сформулируйте третий закон динамики Ньютона.
4. 
   Какая система тел называется изолированной или замкнутой?

1. 
   Сообщение темы, цели и задач урока

План изучения темы

1. 
   Импульс силы.
2. 
   Импульс тела.
3. 
   Изолированная система тел. Закон сохранения импульса.
4. 
   Реактивное движение. Движение ракеты как реактивное движение.

1. 
   Мотивация учебной деятельности

Как и законы Ньютона, законы сохранения являются результатом теоретического обобщения исследовательских фактов. Это - фундаментальные законы физики, которые имеют исключительно важное значение, поскольку применяются не только в механике, но и в других разделах физики.

1. 
   Восприятие и первоначальное осмысление нового материала

Под термином «импульс» (от лат. « impulsus » - толчок) в ме­ханике понимают импульс силы и импульс тела.

Вопрос классу. Как вы считаете, зависит ли результат взаи­модействия от времени или он определяется только силой взаимодействия?

Демонстрация 1. На горизонтальную поверхность положить стальной шарик и быстро пронести над ним магнит. Шарик едва сдвинется с места (рис. 1, а). Повторить опыт, пронося магнит медленно. Шарик будет двигаться за магнитом (рис. 1, б).

Демонстрация 2. На край стола положить лист бумаги и поставить на него стакан с водой. Если лист тянуть медленно, то стакан движется вместе с ним (рис. 2, а), а если лист дер­нуть, он выдернется из-под стакана, а ста­кан останется на месте (рис. 2, б).

^ Вопрос классу. О чем свидетельствуют эти опыты?

Взаимодействие тел зависит не только от силы, но и от времени ее действия, поэтому для характеристики действия силы ввели специальную характеристику - импульс силы.

^ Импульс силы - физическая величина, являющаяся мерой действия силы за определенный интервал времени и численно равная произведению силы на время е ё действия:
.

Единицей в СИ является ньютон-секунда (Н ∙ с). Импульс силы - векторная величина: направление импульса силы совпа­дает с направлением силы, действующей на тело.

^ 2. Импульс тела

Представим себе, что шар массой 40 г бросили со скоростью 5 м/с. Такой шар можно остановить, подставив лист плотного картона или толстую ткань. Но если шар выстрелить из винтов­ки со скоростью 800 м/с, то даже с помощью тр ё х толстых досок остановить его почти невозможно.

^ Вопрос классу. Какой вывод можно сделать из этого примера?

Для характеристики движения недостаточно знать только массу тела и скорость. Поэтому как одна из мер механического движения введен импульс тела (или количество движения).

^ Импульс тела - физическая величина, которая является ме­рой механического движения и численно определяется произве­дением массы тела на скорость его движения:
.

Единицей в СИ является килограмм-метр в секунду (кг ∙м/с) . Импульс тела - векторная величина, его направление совпадает с направлением скорости движения тела.

Если тело массой m движется со скоростью υ, а потом в течение времени взаимодействует с другим телом с силой F , то в процессе этого взаимодействия тело будет двигаться с ускоре­нием а:

,
.

Последняя формула демонстрирует связь между импульсом силы и изменением импульса тела.

Таким образом, изменение импульса тела равно импульсу силы взаимодействия.

^ 3. Изолированная система тел. Закон сохранения импульса

Изолированная (или замкнутая) система тел - это система тел, взаимодействующих только между собой и не взаимодействующих с телами, не входящими в эту систему.

Изолированных систем тел в полном смысле этого слова не существует, это идеализация. Все тела в мире взаимодействуют. Но в ряде случаев реальные системы можно рассматривать как изолированные, исключая из рассмотрения те взаимодействия, которые в данном случае являются несущественными.

Демонстрация 3. Упругий удар двух шаров одинаковой массы, подвешенных на нитях (рис. 3).

Так, изучая упругий удар двух одинаковых шаров, систему.шаров можно рассматривать как изолированную, так как в момент удара силы тяжести шаров уравновешены силами реакции нитей, силы сопротивления.воздуха шаров малы, ими можно пренебречь.

Приведите примеры других систем, которые можно считать изолированными.

Если снова обратиться к системе шаров массами т 1 и т 2 , которые в начальный момент времени в выбранной инерциальной системе отсчета имеют скорости и , то через момент времени t можно увидеть, что их скорости в результате взаимодействия изменились до и .

Согласно второму закону Ньютона:

Поскольку согласно третьему закону Ньютона

Из полученного выражения видно, что векторная сумма импульсов тел, входящих в замкнутую систему, остается постоянной. Это и есть закон сохранения импульса.

^ 4. Реактивное движение. Движение ракеты как реактивное движение

Законом сохранения импульса объясняется реактивное движение.

^ Реактивное движение - это движение тела, возникающее в результате отделения от него части или выброса им вещества с некоторой скоростью относительно тела.

Демонстрация 4 . Надуть воздушный шарик, а затем отпустить. Шарик будет двигаться за счет газов, которые из него «вытекают».

Демонстрация 5. В поддон поставить детскую машинку и установить на нее стакан с водой, имеющий кран. Если открыть кран, из стакана начнет вытекать вода, и машинка поедет.

^ Задание классу. Приведите примеры реактивного движения. (Реактивное движение осуществляют самолеты, летящие со скоростями в несколько тысяч километров в час, снаряды всем известных «катюш», космические ракеты. Реактивное движение присуще, например, кальмарам, каракатицам, осьминогам.)

Рассмотрим рис. 4. Любая ракета состоит из трубчатого корпуса 1, закрытого с одного конца. На втором конце расположено сопло 2. Каждая ракета имеет топливо 3. Когда ракета стоит, ее суммарный импульс равен нулю: топливо и корпус неподвижны. Будем считать, что топливо ракеты сгорает мгновенно. Ра с каленные газы 4 под большим давлением вырываются наружу.

При этом корпус ракеты движется в сторону, противоположную движению раскаленных газов.

Пусть m г υ г - проекция импульса газов на ось Оу, а m к υ к - проекция импульса корпуса ракеты. Согласно закону сохранения импульса сумма импульсов корпуса ракеты и вытекающих газов равна суммарному импульсу ракеты на старте, который, как известно, равен нулю. Соответственно 0 = m r υ r + m к υ к

m к υ к = - m г υ г

Отсюда следует, что корпус ракеты получает такой же по модулю импульс, как и газы, вылетевшие из сопла. Следовательно,

Здесь знак «-» указывает на то, что направление скорости корпуса ракеты противоположно направлению скорости вылетающих газов. Поэтому для перемещения ракеты в заданном направлении струю газов, выбрасываемых ракетой, надо направить противоположно заданному направлению движения. Как видим, ракета движется, не взаимодействуя с другими телами, и поэтому может двигаться в космосе.

^ Задание классу. Проанализировав последнюю формулу, ответьте на вопрос: как можно увеличить скорость ракеты?

Скорость ракеты можно увеличить двумя способами:

1. 
   увеличить скорость газов, вытекающих из сопла ракеты;
2. 
   увеличить массу сгорающего топлива.

VI. Закрепление нового материала

^ Тест для самопроверки

Отметьте правильный, по вашему мнению, ответ.

1. 
   Импульсом тела называется:

Б произведение массы тела и его скорости

В произведение силы, действующей на тело, и скорости тела

Г произведение силы, действующей на тело, и времени ее действия

1. 
   Укажите единицу импульса тела.

1. 
   Укажите единицу импульса силы.

1. 
   Изменение импульса тела равно:

Б разности начальной и конечной скорости тела

В импульсу силы

Г изменению массы тела за единицу времени

1. 
   Реактивное движение возникает:

Б движении различных частей тела относительно центра массы тела

^ В разделении тела на части

Г отделении от тела части его массы с определенной скоростью движения относительно остальной части

1. 
   Определите, в каких системах отсчета выполняется закон сохранения импульса.

Б Неинерциальных Г Любых

1. 
   Выберите пример, демонстрирующий реактивное движение.

Б Колебание маятника

В Полет мотылька

Г Падение листьев с деревьев

1. 
   Ракета поднимается равномерно вертикально вверх. Определите, как и почему изменяется импульс ракеты.

Б Не изменяется, поскольку масса уменьшается, а скорость движения увеличивается

В Возрастает, поскольку ракета поднимается все выше над землей

Г Не изменяется, поскольку скорость движения постоянная

1. 
   Укажите правильную запись закона сохранения импульса.

Учитель подводит итоги урока, оценивает деятельность учащихся.

Домашнее задание

1. 
   Выучить теоретический материал по учебнику.
2. 
   Охарактеризовать реактивное движение как физическое явление по обобщенному плану хар актеристики физического явления.
3. 
   Продумать демонстрацию реактивного движения, описать и объяснить ее.