Ответьте на вопросы, страница 127 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему сумма импульсов частей замкнутой системы, совершающей реактивное движение, равна 0?

Решение

Данный вопрос относится к закону сохранения импульса, одному из фундаментальных законов физики.

Замкнутой системой называют совокупность тел, на которую не действуют внешние силы, или действие этих сил скомпенсировано. Реактивное движение, при котором от тела отделяется его часть, является примером взаимодействия тел внутри замкнутой системы.

Согласно второму закону Ньютона, скорость изменения полного импульса системы тел равна векторной сумме всех внешних сил, действующих на систему. Для замкнутой системы сумма внешних сил равна нулю ($\vec{F}_{внешн} = 0$), а значит, полный импульс системы не изменяется со временем, то есть сохраняется ($\vec{P}_{сист} = const$).

Рассмотрим систему, которая изначально находилась в состоянии покоя, например, ракету на стартовой площадке. Ее начальный полный импульс равен нулю: $\vec{P}_{начальный} = 0$.

Когда начинается движение, от ракеты отделяется часть ее массы (продукты сгорания топлива). Пусть ракета массой $m_р$ приобретает импульс $\vec{p_р}$, а отделившиеся газы массой $m_г$ — импульс $\vec{p_г}$.

Поскольку система "ракета + газы" является замкнутой, ее полный импульс сохраняется. Это означает, что конечный импульс системы ($\vec{P}_{конечный}$), равный векторной сумме импульсов ее частей, должен быть равен начальному импульсу ($\vec{P}_{начальный}$).

Так как начальный импульс был равен нулю, то и конечный импульс системы, который является суммой импульсов ее частей, также должен быть равен нулю:

$\vec{p_р} + \vec{p_г} = 0$

Это равенство и показывает, что сумма импульсов частей замкнутой системы, которая начала движение из состояния покоя, равна нулю. Из него также следует, что импульсы ракеты и газов равны по модулю и противоположны по направлению ($\vec{p_р} = -\vec{p_г}$), что и заставляет ракету двигаться в сторону, противоположную истечению газов.

Ответ: Сумма импульсов частей замкнутой системы, совершающей реактивное движение, равна 0, так как это является следствием закона сохранения импульса. Если до начала движения система покоилась (ее суммарный импульс был равен 0), то и после начала движения, которое происходит за счет внутренних сил, ее суммарный импульс должен оставаться равным 0. Суммарный импульс системы — это векторная сумма импульсов ее частей, поэтому эта сумма и равна нулю.