Импульс

Согласно второму закону Ньютона’, скорость изменения импульса объекта равна внешней силе, действующей на него. Полное изменение импульса между двумя моментами времени зависит как от внешней силы, действующей на него, так и от времени, в течение которого она действует. Математически это можно описать так: полное изменение движения объекта’ пропорционально вектору силы и времени, в течение которого она применяется. Это произведение называется импульсом.

Кроме того, можно показать, что полный импульс, действующий на объект в течение временного интервала, равен средней внешней силе, действующей на него, умноженной на время. Таким образом, измерение импульса помогает рассчитать среднюю силу, действующую на объект в течение этого интервала. Например, примерно 50 тысяч лет назад железно-никелевый метеорит диаметром 25 метров столкнулся с Землёй со скоростью около 12 800 метров в секунду в пустыне Северной Аризоны в Соединенных Штатах. Удар создал большой кратер, диаметром около 1200 метров и глубиной 170 метров, с образованием 45-метрового ободка по краям от окружающей пустынной равнины. Предполагая, что столкновение длилось максимум две секунды, можно показать, что средняя сила, которую Земля оказала на метеорит во время столкновения, составляла примерно 3 триллиона ньютонов!

В другом примере представим, что человек водит автомобиль, который фронтально сталкивается с зданием и останавливается. Если в автомобиле нет подушки безопасности, водитель сталкивается с автомобилем за долю секунды, и сила, действующая на водителя в течение этого времени, огромна. С другой стороны, если автомобиль оснащён подушкой безопасности, это увеличивает время столкновения. Таким образом, хотя изменение движения водителя одинаково в обоих случаях, сила, действующая на водителя, ниже, так как она происходит в течение большего временного периода. По этой причине подушки безопасности стали обязательными во всех легковых автомобилях в Соединенных Штатах с 1991 года, и они стали более распространены в Европе и Азии с середины 1990-х годов.

Этот текст адаптирован из Openstax, University Physics Volume 1, Section 9.2: Impulse and Collisions.