Импульс силы

Есть такая поговорка: «Знать бы, где упадёшь, — соломки постелил бы». А зачем нужна «соломка»? Почему спортсмены на тренировках и соревнованиях падают или прыгают на мягкие маты, а не на твёрдый пол? Почему после прыжка надо приземляться на согнутые ноги, а не на выпрямленные? Зачем в автомобилях нужны ремни и подушки безопасности?

Мы сможем ответить на все эти вопросы, познакомившись с понятием «импульс силы».

Импульсом силы называют произведение силы на промежуток времени Δt, в течение которого действует эта сила.

Название «импульс силы» не случайно «перекликается» с понятием «импульс». Рассмотрим случай, когда на тело массой m в течение промежутка времени Δt действует сила .

9. Докажите, что изменение импульса тела Δ равно импульсу действующей на это тело силы:

Δ = Δt. (6)

П о д с к а з к а. Воспользуйтесь тем, что Δ = mΔ, и вторым законом Ньютона.

Перепишем формулу (6) в виде

Эта формула представляет собой другую форму записи второго закона Ньютона¹. Из неё следует, что на тело действует большая сила, если его импульс существенно изменяется за очень краткий промежуток времени Δt.

¹ Именно в таком виде сформулировал этот закон сам Ньютон.

Вот почему при ударах и столкновениях возникают большие силы: удары и столкновения характеризуются как раз малым интервалом времени взаимодействия.

Чтобы ослабить силу удара или уменьшить силы, возникающие при столкновении тел, надо удлинить промежуток времени, в течение которого происходит удар или столкновение.

10. Объясните смысл поговорки, приведённой в начале этого раздела, а также ответьте на другие вопросы, помещённые в том же абзаце.

11. Мяч массой 400 г ударился о стену и отскочил от неё с той же по модулю скоростью, равной 5 м/с. Перед самым ударом скорость мяча была направлена горизонтально. Чему равна средняя сила давления мяча на стену, если он соприкасался со стеной в течение 0,02 с?

12. Чугунная болванка массой 200 кг падает с высоты 1,25 м в песок и погружается в него на 5 см.

а) Чему равен импульс болванки непосредственно перед ударом?

б) Чему равно изменение импульса болванки за время удара?

в) Сколько времени длился удар?

г) Чему равна средняя сила удара?