Шрифт:
Почему же такая небольшая сила играет такую большую роль в движении воздушных масс?
Это объясняется незначительностью сил трения. Воздух легко подвижен, и малая, но постоянно действующая сила приводит к важным следствиям.
IV. Законы сохранения
Отдача
Даже тот, кто не был на войне, знает, что при выстреле из орудия его ствол резко отходит назад. При стрельбе из ружья происходит отдача в плечо. Но и не прибегая к огнестрельному оружию, можно ознакомиться с явлением отдачи. Налейте в пробирку воды, заткните ее пробкой и подвесьте пробирку на двух нитках в горизонтальном положении (рис. 30). Теперь поднесите к стеклу горелку – вода начнет кипеть, и минуты через две пробка с шумом вылетит в одну сторону, а пробирка отклонится в противоположную.
Сила, которая выбросила пробку из пробирки, это давление пара. И сила, отклонившая пробирку, – тоже давление пара. Оба движения возникли под действием одной и той же силы. То же самое происходит и при выстреле, только там действует не пар, а пороховые газы.
Явление отдачи необходимо следует из правила равенства действия и противодействия. Если пар действует на пробку, то и пробка действует на пар в обратную сторону, а пар передает это противодействие пробирке.
Но, может быть, вам приходит в голову возражение: разве может одна и та же сила приводить к столь разным следствиям? Ружье лишь слегка отходит обратно, а пуля летит далеко. Мы надеемся, однако, что такое возражение не пришло в голову читателю. Конечно, одинаковые силы могут приводить к разным следствиям: ведь ускорение, которое получает тело (а это и есть следствие действия силы), обратно пропорционально массе этого тела. Ускорение одного из тел (снаряда, пули, пробки) мы должны записать в виде a 1= F/ m 1, ускорение же тела, испытавшего отдачу (орудия, винтовки, пробирки), будет a 2= F/ m 2. Так как сила одна и та же, то мы приходим к важному выводу: ускорения, полученные при взаимодействии двух тел, участвующих в «выстреле», будут обратно пропорциональны их массам:
Это значит, что ускорение, которое получит пушка при откате, будет во столько раз меньше ускорения снаряда, во сколько раз пушка весит больше, чем снаряд.
Ускорение пули, а также и ружья при отдаче, длится до тех пор, пока пуля движется в дуле ружья. Обозначим это время буквой t. Через этот промежуток времени ускоренное движение сменится равномерным. Для простоты будем считать ускорение неизменным. Тогда скорость, с которой пуля вылетит из дула ружья, будет v 1= a 1 t, а скорость отдачи v 2= a 2t. Так как время действия ускорения одно и то же, то v 1/ v 2= a 1/ a 2и, следовательно,
Скорости, с которыми разлетаются тела после взаимодействия, будут обратно пропорциональны массам этих тел.
Если вспомнить векторный характер скорости, то последнее соотношение можно переписать так: m 1 v 1= - m 2 v 2; знак минус говорит о том, что скорости v 1и v 2направлены в противоположные стороны.
Наконец, перепишем равенство еще раз – перенесем произведения масс на скорости в одну сторону равенства:
m1v1+ m2v2= 0
Закон сохранения импульса
Произведение массы тела на его скорость называется импульсом тела (другое название – количество движения). Так как скорость – вектор, то и импульс является векторной величиной. Разумеется, направление импульса совпадает с направлением скорости движения тела.
При помощи нового понятия закон Ньютона F= maможет быть выражен иначе. Так как a= ( v 2– v 1)/ t, то F= ( mv 2– mv 1)/ t, или Ft= mv 2– mv 1. Произведение силы на время ее действия равно изменению импульса тела.