//////

Miesięczne archiwum: Czerwiec 2013

POJĘCIE PĘDU

Choć pojęcie pędu ma wielkie znaczenie, sa­mo w sobie nie wystarcza do scharakteryzo­wania w pełni ruchu. Pomyślmy o zatrzymaniu powoli jadącego samochodu za pomocą siły mięśni. Trzeba się przy tym dobrze napocić i to niezależnie od tego, w jakim kierunku jedzie samochód (pod warunkiem, że jedzie po płaskiej drodze). Pęd jest wielkością ukierun­kowaną, ilość potu taką wielkością nie jest. Tracimy wiele energii mięśni na zniszczenie ruchu. Podobnie trzeba wiele tej energii, aby samochód wprawić w ruch. Przyjęliśmy tu potoczne rozumienie pojęcia energii. Ruch więc również jest charakteryzowany przez nieukie- runkowaną (w języku fachowym — skalarną) wielkość — ilość energii.

PORUSZAJĄCE SIĘ CIAŁO

Poruszające się ciało można traktować jak ciało mające energię ru­chu, zwaną energią kinetyczną, która, antropomorficznie rzecz biorąc, jest miarą iloś­ci potu wydzielanego przez mięśnie przy za­trzymywaniu go.Jak określamy ilościowo energię kinetyczną za pomocą masy bezwładnej i prędkości? Nie ma prostej, intuicyjnie zrozumiałej odpowiedzi na to pytanie. Podobnie jak pęd, energia kine­tyczna powinna być proporcjonalna do masy ciała i powinna w pewien sposób rosnąć wraz z jego prędkością, ale, aby to zweryfikować, musimy przebadać dużą liczbę zderzeń. Okazu­je się, że wielkością o dużym znaczeniu jest iloczyn masy i połowy kwadratu prędkości, czyli w zapisie symbolicznym mv2

MAŁE NIEZGODNOŚCI

Jej zna­czenie tkwi w fakcie, że wielkość ta, podobnie jak pęd, jest zachowywana podczas zderzenia bil. Całkowita energia kinetyczna bil przed zderzeniem jest równa ich całkowitej energii kinetycznej po zderzeniu. Zasady zachowania pędu i energii kinetycznej pozwalają nam prze­widzieć skutki wszelkich zderzeń między bila­mi. Małe niezgodności, jakie pojawiają się przy porównywaniu danych przewidywanych i do­świadczalnych, mogą być spowodowane wytwo­rzeniem się ciepła (ruchu wewnętrznego) pod­czas zderzenia, pokonywaniem oporu powietrza i tarciem między bilami i stołem. Jednakże w starannie przeprowadzonym eksperymencie efekty te są tak małe, że możemy je zaniedbać i nie wątpić, iż nasze pojęcia pędu i energii kinetycznej są naprawdę właściwe.

ODDZIAŁYWANIA MECHANICZNE

Czy zasady zachowania obowiązujące zderza­jące się bile stosują się również do innych od­działywań mechanicznych? Odpowiedź będzie przecząca, jeżeli nie zostaną wprowadzone dwa uzupełniające pojęcia: pierwsze — poszerzające ideę pędu, drugie — poszerzające ideę energii. Wyobraźmy sobie wirującego na lodzie ruchem obrotowym łyżwiarza z wyciągniętymi poziomo ramionami. Zawiruje on szybciej, gdy przyciś­nie do ciała ramiona ułożone pionowo wzdłuż boków. Pęd jego ramion wzrasta. Co się stało z zasadą zachowania pędu? Zasada ta nie obo­wiązuje w układach obracających się. Tym, co zostaje zachowane w tych układach, jest wiel­kość względna zwana momentem pędu, która jest iloczynem pędu i odległości ciała od osi, wokół ktprej się ono obraca.