10122

Z. Kąkol-Notatki do Wykładu z Fizyki

Uwzględniając zależności (10.1) i (10.2) możemy przekształcić równanie (10.3) do postaci

rt n Hi/    Hm

(10.4)

dr

dr

dm,

dr

Ostatni wyraz w równaniu (10.4) może być interpretowany jako siła wywierana na układ przez substancję (spaliny), która z niego wylatuje. W przypadku rakiety nosi ona nazwę siły ciągu.

Jeżeli ruch rakiety odbywa się w przestrzeni kosmicznej to siły zewnętrzne F„_w są do zaniedbania i wtedy zmiana pędu rakiety jest równa sile ciągu. Jeżeli jednak ruch odbywa się w pobliżu Ziemi (np. tuż po starcie) to wówczas F,_w reprezentuje ciężar rakiety i siłę oporu atmosfery i trzeba ją uwzględnić. Konstruktorzy rakiet starają się uzyskać jak największą siłę ciągu aby przezwyciężyć F_/rw. Np. rakieta Saturn 5 o masie ponad 3 min kg wytwarzała przy starcie dąg 40 MN.

Obliczmy siłę ciągu dla rakiety o masie 15000 kg, która po spaleniu paliwa waży 5000 kg. Szybkość spalania paliwa wynosi 150 kg/s, a prędkość wyrzucania gazów względem rakiety jest równa 1500 m/s.

F =

wigl

d M dr

więc

F = 1500 m/s-150 kg/s = 2.2510⁵ N

Zwróćmy uwagę, że początkowo (rakieta z paliwem) siła działająca na rakietę skierowana ku górze jest równa sile ciągu 2.25 10⁵ N minus ciężar rakiety (1.5* 10⁵ N). Po zużyciu paliwa wynosi 2.25-10^s N - 0.5-10⁵ N = 1.75* 10⁵ N.

10.2 Zderzenia 10.2.1 Wstęp

Co rozumiemy poprzez zderzenie?

Siły działające przez krótki czas w porównaniu do czasu obserwacji układu nazywamy siłami impulsowymi. Takie siły działają w czasie zderzeń np. uderzenie piłki o ścianę czy zderzenie kul bilardowych Ciała w trakcie zderzenia nie muszą się "dotykać", a i tak mówimy o zderzeniu np. zderzenie cząstki alfa (⁴He) z jądrem jakiegoś pierwiastka (np. Au). Wówczas mamy do czynienia z odpychaniem elektrostatycznym. Pod zderzenia możemy podciągnąć również reakcje. Proton w trakcie zderzenia z jądrem może wniknąć do niego. Wreszcie możemy rozszerzyć definicję zderzeń o rozpady cząstek np. cząstka sigma rozpada się na pion i neutron: L= K + n.

Wszystkie te "zdarzenia" posiadają cechy charakterystyczne dla zderzeń:

•    można wyraźnie rozróżnić czas "przed zderzeniem" i "po zderzeniu"

•    prawa zachowania pędu i energii pozwalają zdobyć wiele informacji o procesach na podstawie tego co "przed zderzeniem" i tego co "po zderzeniu" mimo, że niewiele wiemy o siłach "podczas" zderzenia.

2