Impulso (física) - Impulse (physics)

Impulso
Símbolos comuns
J , Imp
Unidade SI newton-segundo ( Ns ) ( kgm / s em unidades de base do SI)
Outras unidades
libras
Conservado ? sim
Dimensão

Na mecânica clássica , o impulso (simbolizado por J ou Imp ) é a integral de uma força , F , no intervalo de tempo t , para o qual atua. Visto que a força é uma grandeza vetorial , o impulso também é uma grandeza vetorial. O impulso aplicado a um objeto produz uma mudança vetorial equivalente em seu momento linear , também na direção resultante. A unidade SI de impulso é o segundo newton (N⋅s), e a unidade dimensionalmente equivalente de momento é o quilograma metro por segundo (kg⋅m / s). A unidade de engenharia inglesa correspondente é a libra- segundo (lbf⋅s), e no Sistema Gravitacional Britânico , a unidade é a lesma- pé por segundo (slug⋅ft / s).

Uma força resultante causa aceleração e uma mudança na velocidade do corpo enquanto ele age. Uma força resultante aplicada durante um tempo mais longo, portanto, produz uma mudança maior no momento linear do que a mesma força aplicada brevemente: a mudança no momento é igual ao produto da força média pela duração. Por outro lado, uma pequena força aplicada por um longo tempo produz a mesma mudança no momento - o mesmo impulso - que uma força maior aplicada brevemente.

O impulso é a integral da força resultante ( F ) com respeito ao tempo:

Derivação matemática no caso de um objeto de massa constante

O impulso fornecido pela bola "triste" é mv 0 , onde v 0 é a velocidade no momento do impacto. Na medida em que retorna com velocidade v 0 , a bola "feliz" fornece um impulso de m impulv = 2mv 0 .

O impulso J produzido a partir do tempo t 1 a t 2 é definido como sendo

onde F é a força resultante aplicada de t 1 a t 2 .

Da segunda lei de Newton , a força está relacionada ao momento p por

Portanto,

onde Δ p é a mudança no momento linear do tempo t 1 até t 2 . Isso é freqüentemente chamado de teorema do impulso-momento (análogo ao teorema da energia de trabalho ).

Como resultado, um impulso também pode ser considerado como a mudança no momento de um objeto ao qual uma força resultante é aplicada. O impulso pode ser expresso de uma forma mais simples quando a massa é constante:

Uma grande força aplicada por um período muito curto, como uma tacada de golfe, é freqüentemente descrita como o taco que dá um impulso à bola .

Onde

  • F é a força resultante aplicada,
  • t 1 e t 2 são os momentos em que o impulso começa e termina, respectivamente,
  • m é a massa do objeto,
  • v 2 é a velocidade final do objeto no final do intervalo de tempo, e
  • v 1 é a velocidade inicial do objeto quando o intervalo de tempo começa.

O impulso tem as mesmas unidades e dimensões (M L T −1 ) que o momento. No Sistema Internacional de Unidades , são kgm / s = Ns . Em unidades de engenharia inglesas , eles são slugft / s = lbfs .

O termo “impulso” também é usado para se referir a uma força ou impacto de ação rápida . Este tipo de impulso é muitas vezes idealizado para que a mudança no momento produzido pela força aconteça sem mudança no tempo. Esse tipo de mudança é uma mudança de etapa e não é fisicamente possível. No entanto, este é um modelo útil para calcular os efeitos de colisões ideais (como em motores de física de jogo ). Além disso, em foguetes, o termo “impulso total” é comumente usado e é considerado sinônimo do termo “impulso”.

Massa variável

A aplicação da segunda lei de Newton para massa variável permite que o impulso e a quantidade de movimento sejam usados ​​como ferramentas de análise para veículos movidos a jato ou foguete . No caso dos foguetes, o impulso transmitido pode ser normalizado pela unidade de propelente gasta, para criar um parâmetro de desempenho, impulso específico . Esse fato pode ser usado para derivar a equação do foguete de Tsiolkovsky , que relaciona a mudança de velocidade da propulsão do veículo ao impulso específico do motor (ou velocidade de escape do bico) e à razão massa propulsora do veículo .

Veja também

Notas

Bibliografia

links externos