Номер 4, страница 204, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 5. Законы сохранения в механике. Параграф 49. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 4, страница 204.

Условие.

• Учёт закона сохранения импульса в технических устройствах.

Решение.

Учёт закона сохранения импульса в технических устройствах

Закон сохранения импульса является одним из фундаментальных законов физики. Он гласит, что для любой замкнутой системы тел (то есть системы, на которую не действуют внешние силы или их действие скомпенсировано) векторная сумма импульсов всех тел системы остаётся постоянной. Математически это выражается формулой:
$ \sum_{i=1}^{n} \vec{p}_i = \sum_{i=1}^{n} m_i \vec{v}_i = \text{const} $
где $ \vec{p}_i $, $ m_i $ и $ \vec{v}_i $ — импульс, масса и скорость $\text{i}$-го тела соответственно.
Этот закон лежит в основе принципа реактивного движения, который нашёл широчайшее применение в технике.

Реактивное движение — это движение, возникающее, когда от тела отделяется некоторая его часть с определённой скоростью. В соответствии с законом сохранения импульса, оставшаяся часть тела приобретает импульс, равный по модулю и противоположный по направлению импульсу отделившейся части. Если до взаимодействия система покоилась (суммарный импульс был равен нулю), то после разделения частей их суммарный импульс также должен быть равен нулю:
$ \vec{p}_{тела} + \vec{p}_{части} = 0 \quad \Rightarrow \quad M\vec{V} + m\vec{u} = 0 $
Отсюда скорость тела $ \vec{V} $ после отделения части массой $ m $ со скоростью $ \vec{u} $ будет:
$ \vec{V} = - \frac{m}{M} \vec{u} $
Знак «минус» показывает, что тело движется в сторону, противоположную движению отделившейся части.

Рассмотрим конкретные примеры применения и учёта этого закона в технических устройствах:
1. Ракеты и реактивные самолёты. Это классический пример реактивного движения. Двигатель ракеты или самолёта с огромной скоростью выбрасывает назад продукты сгорания топлива (реактивную струю). В результате этого ракета или самолёт получает мощный импульс, толкающий их вперёд.
2. Стрелковое оружие. При выстреле пороховые газы толкают пулю вперёд, придавая ей большой импульс. В то же время, по закону сохранения импульса, оружие получает такой же по величине, но противоположно направленный импульс — это явление называется отдачей. Конструкторы должны учитывать отдачу, разрабатывая амортизаторы, компенсаторы и делая приклад массивным, чтобы уменьшить скорость движения оружия назад и сделать стрельбу безопасной и точной.
3. Водомётные движители. Используются на катерах и гидроциклах. Специальный насос засасывает воду и с силой выбрасывает её струю назад. В ответ на это судно движется вперёд.
4. Системы ориентации в космосе. Космические аппараты для маневрирования в безвоздушном пространстве, где нельзя оттолкнуться от опоры, используют небольшие реактивные двигатели. Выпуская порции сжатого газа в нужном направлении, аппарат может поворачиваться и корректировать свою траекторию.
5. Поливалки для газонов. Вращающиеся разбрызгиватели (спринклеры) работают по тому же принципу: вода вытекает из изогнутых трубок (сопел), и возникающая реактивная сила заставляет их вращаться в противоположном направлении.

Ответ:

Закон сохранения импульса является основополагающим принципом для создания движения в среде, где нет внешней опоры (например, в космосе или воде), что реализуется через реактивное движение. Он заключается в том, что тело (например, ракета) получает импульс в одном направлении за счёт отбрасывания части своей массы (газов, воды) в противоположном направлении. Этот принцип используется в ракетах, реактивных самолётах, водомётных движителях и системах маневрирования космических кораблей. Кроме того, этот закон необходимо учитывать для обеспечения безопасности и эффективности устройств, где возникают ударные взаимодействия, например, при расчёте и компенсации отдачи в стрелковом оружии.