Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

К сведению студентов

Основные понятия физики

Формы и виды энергии

Классификация физических систем

Основная идея системы величин

Таблицы физических величин

Итоги и выводы:

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Заряды физического поля

     Новые единицы величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Новый взгляд на         явления переноса

     Критерии подобия всюду

     Современная революция         в метрологии

Системный подход в экономике

История систематизации
величин и единиц


Необходимость модернизации
обучения физике


Учебно-наглядные пособия


Новости сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Что такое количество движения, импульс тела и импульс силы?

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Что такое количество движения и импульс тела?
2. В чем различие между импульсом тела и импульсом силы?
3. Понятие "импульс тела" не связано со вторым законом Ньютона.
4. При взаимодействии тел импульс тела и импульс силы не совпадают.


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

1. Что такое количество движения и импульс тела?

Исторически первым возникло понятие “количество движения“. Соответствующая физическая величина, обозначаемая символом p, была введена еще в XVII веке Р.Декартом, а И.Ньютон доказал закон сохранения количества движения. Обычно количество движения записывается в виде уравнения

p = (mv) , ( 1 )

где m - масса тела, а v - его линейная скорость. Заключение произведения mv в скобки означает, что количество движения является самостоятельной величиной, и разделять его на части с возможностью сокращение одного сомножителя недопустимо. В принципе, количество движения тела рассматривается как сумма количеств движения всех частей тела.

Постепенно понятие "количество движения" вытеснилось в физике понятием "импульс тела", которое чаще всего в текстах сокращается до одного слова “импульс“. Однако в переводе с латыни impulsus - это толчок, а количество движения характеризует прямолинейное, в том числе, и равномерное движение. В учебнике И.Савельева (2005, кн.1) указывается на то, что понятие “количество движения“ устарело. Но выражение "количество движения" правильнее отражает физическое содержание величины, чем выражение ""импульс тела".

Вдобавок заметим, что, следуя условию реальности, на нашем сайте не признается понятие “материальная точка“. Поэтому под термином “импульс“ понимается именно “импульс телаp.

2. В чем различие между импульсом тела и импульсом силы?

Импульс силы S – это частный случай импульса разности потенциалов ΔР, применяемый лишь при прямолинейной механической форме движения, когда в роли разности потенциалов ΔР выступает сторонняя сила F. Определяющее уравнение для импульса силы записывается в виде:

S = ∫ Fdt   (2)     или        dS = Fdt . ( 3 )

Поэтому импульс силы S и импульс тела p обозначаются разными символами, несмотря на то, что их размерности совпадают. В СИ размерность импульса силы LМT−1, но единица − Н с, то есть запись единицы не согласуется с записью размерности. В системе величин ЭСВП размерность импульса силы равна EL−1T и единица силы равна Дж м−1 с, то есть полностью соответствует размерности. Впрочем, единицы импульса силы в ЭСВП и в СИ после преобразования равны, так как Н = Дж м−1.

Размерность импульса тела в СИ такая же, как у импульса силы, то есть, LМT−1, и единица импульса силы в СИ на этот раз согласуется с размерностью, то есть, она равна кг м с−1. А в ЭСВП размерность и единица измерений импульса силы те же, что у импульса тела, то есть EL−1T и Дж м−1 с.

На первый взгляд, общность количества движения (импульса тела) и импульса силы можно было бы обосновать тем, что у них в СИ одинаковые размерности, хотя единицы у них в той же СИ при этом оказываются различными. Но это недостаток самой СИ. Обосновывать общность или различие физического содержания величин можно только на базе сравнения их определяющих уравнений, но не размерностей. Разобравшись в этом вопросе, выясняется, что это разные векторные физические величины именно потому, что они определяются по разным определяющим уравнениям. Только это и является решающим аргументом.

3. Понятие "импульс тела" не связано со вторым законом Ньютона.

В понятии “количество движения“ (mv) в соответствии с определением, данным И.Ньютоном, масса m играет роль меры количества вещества. В статье о массе показано, что m должна пониматься, как мера гравитации тела (как статический заряд гравитационного поля), а v – как линейная скорость перемещения этого заряда (см. Таблицу величин физического поля). А коэффициент пропорциональности между силой F и ускорением a из второго закона Ньютона, нельзя считать гравитационной массой. Не случайно в современной физике этот коэффициент называют инертной массой, безосновательно приравнивая к количеству вещества. При этом ссылаются на принцип эквивалентности масс, неадекватность которого показана в отдельной статье.

В статье, посвященной обобщенному уравнению динамики, показано, что коэффициент пропорциональности из второго закона Ньютона является частным случаем инертности физической системы в механической прямолинейной форме движения, и поэтому его следует называть линейной инертностью, а не массой, и обозначать, допустим, символом I в отличие от массы m. В статье о массе показано, что в соотношении между I и m должен существовать размерный коэффициент и что понятие "инертная масса" следует вообще изъять из обращения.

Из классификации зарядов физического поля следует, что выражение (mv) есть не что иное, как движущийся гравитационный заряд, создающий гравидинамическое поле. Этот движущийся гравитационный заряд является частным случаем обобщенной характеристики движения, называемой количеством движения, которая не связана с передачей импульса от одного тела к другому при соударении. А импульс тела является частным случаем другой обобщенной характеристики движения, называемой потоком энергоносителей. И поэтому название “импульс тела“ не следует применять для величины (Iv), для которой нужно применить другое обозначение, допустим, pI , определяющее уравнение для которого будет таким:

pI = I v   ( 3 )    или          dpI = I dv, ( 4 )

где I − линейная инертность, частный случай инертности системы, применяемый лишь при прямолинейной механической формы движения, когда в роли линейной инертности принимается величина, неверно называемая в современной физике "инертной массой". Даже в макромире, где числовые значения массы и линейной инертности совпадают, различие в их размерностях и единицах должно остаться.

Как уже было сказано, в СИ нет различия между размерностями количества движения и импульса тела. В системе величин ЭСВП у линейной инертности I и у массы m разные размерности (dim I = EL−2T2 и dim m = Q). Импульс тела (Iv) и количество движения (mv) тоже имеют в системе величин ЭСВП разные размерности: (dim pI = dim (Iv) = EL−1T и dim p = dim (mv) = LT−1Q).

4. При взаимодействии тел импульс тела и импульс силы не совпадают.

Импульсом p обладает любое движущееся тело. Если на тело не действует никакая сила, то есть если тело движется по инерции, то оно движется равномерно (первый закон Ньютона). И при этом к движущемуся телу нельзя применить понятие ”импульс силы”, поскольку при наличии силы движение было бы уже неравномерным. Таким образом, у равномерно и прямолинейно движущегося тела импульс тела p имеется, а импульс силы S отсутствует.

Импульс силы появляется лишь после приложения к телу сторонней (ускоряющей) силы. При этом приращение импульса силы dS преобразуется в равное по значению приращение импульса движущегося тела dp. И то только в том случае, если тело недеформируемо и если предполагается, что отсутствует диссипация энергии. В противном случае приложение сторонней силы к деформируемому телу приводит к тому, что импульс силы становится равным на время переходного процесса алгебраической сумме приращения импульса тела, приращения импульса силы упругого сопротивления и приращения импульса силы трения. И только по завершению переходного процесса приращение импульса силы dS преобразуется в равное по значению приращение импульса тела dp. И опять же только в том случае, если не учитывать то, что трение приводит к необратимой деградации энергии.

При столкновении движущегося неупругого тела с другим неупругим телом изменение импульса первого тела dp1 преобразуется в приращение импульса силы dS, которое, в свою очередь, приводит к изменению импульса второго тела dp2 . В этом и заключена вся суть: не импульс силы S оказывается равным импульсу тела p, а приращение импульса силы dS переходит в равное ему приращение импульса тела dp. А это не одно и то же. Импульс силы S может появляться и исчезать, а импульс тела p – постоянно существующая характеристика движущегося тела.

Когда появляются две физические величины со сходно звучащими, но разными названиями: импульс тела p и импульс силы S, появляются серьезные педагогические затруднения. Поэтому, на наш взгляд, было бы рационально импульс силы S называть действием силы. Это было бы рационально еще и потому, что термин “действие“ предполагает любой (не обязательно очень малый) промежуток времени действия, тогда как слово “импульс“ означает в переводе “толчок“, то есть предполагается очень малый промежуток времени.

В англоязычной литературе эта проблема несколько упрощена, так как там термины пишутся и звучат по-разному: импульс силы – force impulse, а количество движения и импульс тела – momentum. Лингвистический анализ дает возможность предположить причину возникновения обсуждаемой проблемы в русскоязычной литературе. По латыни impulsus – это толчок, возбуждение, и, поскольку приращение импульса силы переходит в равное ему приращение количества движения тела, возможно, это и послужило причиной того, что количество движения было названо более коротким словом “импульс“, и это прижилось в русскоязычной научной литературе.

Материал данной статьи показывает, что стремление к упрощению терминологии или к сокращению терминов в данном случае приводит к искажению их физического содержания.

Литература

1. Савельев И.В., 2005, Курс общей физики (в 5 книгах). – М.: АСТ: Астрель
2. Чертов А.Г., 1990, Физические величины. – М.: Высшая школа, 336 с.



© И. Коган Дата первой публикации 01.07.2008
Дата последнего обновления 23.04.2016

Оглавление раздела Предыдущая Следующая