Lecție pentru bacalaureat · Fizică

Impulsul mecanic și ciocnirile

Clasa a IX-a

Ideile de bază pe scurt și, unde există, exercițiile din subiectele de BAC care le verifică. Lecția completă, animată, cu grile și exerciții corectate, e în aplicația Tomomi.

Pe scurt

Formulă

Formulă · Impulsul mecanic

p⃗=m⋅v⃗\vec{p} = m \cdot \vec{v}

Cantitatea de mișcare. Mărime vectorială, în direcția vitezei. Unitate: kg⋅m/s\text{kg·m/s}.

Formulă

Formulă · Teorema impulsului

F⋅Δt=ΔpF \cdot \Delta t = \Delta p

Variația impulsului este egală cu impulsul forței (forța ori timpul). N⋅s=kg⋅m/s\text{N·s} = \text{kg·m/s}.

Formulă

Lege · Conservarea impulsului

p⃗ıˆnainte=p⃗dupa˘\vec{p}_{\text{înainte}} = \vec{p}_{\text{după}}

Într-un sistem izolat (fără forțe exterioare), impulsul total rămâne constant.

Sfat

Capcană · Ce se conservă la ciocniri

Impulsul se conservă în orice ciocnire dintr-un sistem izolat. Energia cinetică se conservă doar la ciocnirea elastică; la cea plastică o parte se pierde ca deformare și căldură.

Din subiectele de BAC

Exerciții reale din subiectele anilor trecuți. Încearcă-le singur înainte să deschizi rezolvarea.

Un corp având masa m=50 gm = 50\,\text{g}, considerat punctiform, este suspendat la un capăt al unui fir inextensibil și de masă neglijabilă, având lungimea ℓ=1,0 m\ell = 1{,}0\,\text{m}. Celălalt capăt al firului este fixat într-un punct OO aflat la înălțimea H=3,8 mH = 3{,}8\,\text{m} față de sol. Corpul este eliberat, din repaus, din punctul AA în care firul întins formează cu verticala unghiul α≅53°\alpha \cong 53° (sin⁡α=0,8\sin \alpha = 0{,}8). Când corpul ajunge în punctul BB, în care firul formează cu verticala unghiul β≅37°\beta \cong 37° (sin⁡β=0,6\sin \beta = 0{,}6), firul se rupe, iar corpul își continuă mișcarea până la căderea pe suprafața orizontală a solului. Se neglijează frecările și interacțiunea cu aerul, iar energia potențială gravitațională este considerată nulă la nivelul solului. Se consideră g=10 m/s2g = 10\,\text{m/s}^2.

Calculați valoarea impulsului mecanic al corpului în momentul imediat anterior atingerii solului.

Vezi rezolvarea

După ruperea firului corpul se mișcă liber în câmp gravitațional, iar frecările se neglijează, deci energia mecanică se conservă între BB (la înălțimea hBh_B, cu viteza vBv_B) și punctul CC de pe sol (unde Ep=0E_p = 0):

mvC22=mghB+mvB22.\frac{m v_C^2}{2} = m g h_B + \frac{m v_B^2}{2}.

Masa se simplifică:

vC2=2ghB+vB2=2⋅10⋅3,0+22=64  ⇒  vC=8 m/s.v_C^2 = 2 g h_B + v_B^2 = 2 \cdot 10 \cdot 3{,}0 + 2^2 = 64 \;\Rightarrow\; v_C = 8\,\text{m/s}.

Impulsul este

pC=mvC=0,05⋅8=0,4 kg⋅m/s.p_C = m v_C = 0{,}05 \cdot 8 = 0{,}4\,\text{kg} \cdot \text{m/s}.

Observă că nu a fost nevoie să descompui mișcarea de după rupere în componente - conservarea energiei dă direct valoarea vitezei, indiferent de direcția ei.

Un corp cu masa m=2,0 kgm = 2{,}0\,\text{kg} este lansat de la baza unui plan înclinat foarte lung cu viteza v0=4,0 m/sv_0 = 4{,}0\,\text{m/s} orientată de-a lungul planului înclinat, spre vârful acestuia. Corpul urcă pe planul înclinat până la înălțimea maximă h=0,50 mh = 0{,}50\,\text{m} față de baza planului înclinat, după care revine în punctul de lansare.

Determinați valoarea impulsului corpului în momentul lansării.

Vezi rezolvarea

Impulsul în momentul lansării este p0=mv0=2,0⋅4,0=8 kg⋅m/sp_0 = m v_0 = 2{,}0 \cdot 4{,}0 = 8\,\text{kg} \cdot \text{m/s}, orientat de-a lungul planului înclinat, spre vârful acestuia.

Un jucător de fotbal lovește o minge aflată inițial în repaus. Ca urmare mingea capătă viteza v=15 m/sv = 15\,\text{m/s}. Masa mingii este m=0,4 kgm = 0{,}4\,\text{kg}, iar durata loviturii Δt=0,01 s\Delta t = 0{,}01\,\text{s}. Modulul forței medii aplicate mingii de jucător este:

a. 4⋅102 N4\cdot10^2\,\text{N}

b. 5⋅102 N5\cdot10^2\,\text{N}

c. 6⋅102 N6\cdot10^2\,\text{N}

d. 7⋅102 N7\cdot10^2\,\text{N}

Vezi rezolvarea

Aplicăm teorema variației impulsului: F⋅Δt=Δp=m⋅v−0F\cdot\Delta t = \Delta p = m\cdot v - 0. Rezultă F=m⋅vΔt=0,4⋅150,01=600 N=6⋅102 NF = \dfrac{m\cdot v}{\Delta t} = \dfrac{0{,}4\cdot 15}{0{,}01} = 600\,\text{N} = 6\cdot10^2\,\text{N}. Răspunsul corect este litera c.

Toate lecțiile de Fizică

Descarcă

Începe azi. Bacul nu așteaptă.

Descarcă Tomomi pe telefonul copilului tău și pornește perioada de probă gratuită.