Impuls

Zgodnie z drugą zasadą dynamiki Newtona szybkość zmiany pędu obiektu to działająca na niego wypadkowa siła zewnętrzna. Całkowita zmiana pędu pomiędzy dwoma punktami czasowymi zależy zatem zarówno od działającej na niego siły zewnętrznej, jak i czasu, w którym ona działa. Opisując to matematycznie, całkowita zmiana ruchu obiektu jest proporcjonalna do wektora siły i czasu, w którym jest ona przykładana. Ten produkt nazywa się impulsem.

Dodatkowo można wykazać, że całkowity impuls działający na obiekt w pewnym przedziale czasu jest równy średniej sile zewnętrznej działającej na obiekt pomnożonej przez ten przedział czasu. Dlatego pomiar impulsu pomaga obliczyć średnią siłę działającą na obiekt w tym przedziale. Na przykład około 50 000 lat temu 25-metrowy meteoryt żelazowo-niklowy zderzył się z Ziemią z prędkością około 12 800 metrów na sekundę na pustyni w północnej Arizonie w Stanach Zjednoczonych. Uderzenie spowodowało powstanie dużego krateru o średnicy około 1200 metrów i głębokości 170 metrów, z krawędzią o wysokości 45 metrów od otaczającej równiny pustynnej. Zakładając, że uderzenie trwało maksymalnie dwie sekundy, można wykazać, że średnia siła, jaką Ziemia przyłożyła do meteorytu podczas zderzenia, wyniosła około 3 bilionów niutonów!

W innym przykładzie rozważmy osobę prowadzącą samochód, który zderzył się czołowo z budynkiem i zatrzymuje się. Jeśli pojazd nie posiada poduszki powietrznej, kierowca w ułamku sekundy zderza się z samochodem, a siła działająca na kierowcę w tym czasie jest ogromna. Z drugiej strony, jeśli pojazd jest wyposażony w poduszkę powietrzną, zwiększa to czas zderzenia. Zatem chociaż wypadkowa zmiana ruchu wzbudnika jest taka sama w obu przypadkach, wypadkowa siła działająca na wzbudnik jest mniejsza, ponieważ występuje w dłuższym okresie czasu. Z tego powodu poduszki powietrzne stały się obowiązkowe we wszystkich pojazdach osobowych w Stanach Zjednoczonych od 1991 r., a od połowy lat 90. XX wieku są coraz powszechniejsze w Europie i Azji.

Ten tekst jest adaptacją Openstax, University Physics, tom 1, sekcja 9.2: Impulsy i zderzenia.