Тема уроку: Імпульс сили та імпульс тіла. Закон збереження імпульсу.
Мета уроку: Дати учням поняття імпульсу сили та імпульсу тіла. Розповісти про закон збереження імпульсу. Виховати в них уважність і акуратність.
Обладнання: підручник з фізики, збірник задач з фізики.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
Вид уроку: урок-бесіда.

План уроку
1.    Імпульс тіла та імпульс сили.
2.    Закон збереження імпульсу.

Хід уроку.
1.    Організаційна частина.
Заходжу в клас вітаюся. Запитую хто черговий і хто відсутній. Записую на дошці тему: “ Імпульс сили та імпульс тіла. Закон збереження імпульсу”.

2.    Пояснення нового матеріалу.
На попередніх уроках ви бачили, що закони руху дають змогу розв’язувати задачі механіки, коли відомі сили, прикладені  до тіл. Може здатися, що на цьому можна було б закінчити вивчення механіки. Проте в багатьох випадках закони руху не можна використати для розв’язування задач саме через те, що невідомі сили. Наприклад, коли доводиться розглядати зіткнення двох тіл – зіткнення автомобілів, вагонів або більярдних куль, важко визначити значення сил, які виникають при цьому.
У таких випадках для розв’язування задачі застосовують наслідки із законів руху. При цьому з’являються нові величини замість сил і прискорень. Ці величини імпульс і енергія.
Імпульс і енергія особливі величини, вони мають властивість збереження.
Сила та імпульс
Формулу другого закону Ньютона    можна записати інакше, коли пригадати, що прискорення   характеризує швидкість зміни швидкості:  . Підставивши цей вираз до формули другого закону Ньютона, дістанемо:  .   (1)
Тут   – зміна швидкості, t – час, за який ця зміна відбулася. Однак t – це також час дії сили, бо швидкість змінюється тільки під дією сили. З формули (1) бачимо, що зміна швидкості  . Це означає, що одна й та сама сила  , яка діє протягом того самого часу t, спричиняє у тіл різної маси різні зміни швидкості.
Запишемо формулу (1) у такому вигляді:  .      (2)
У правій частині цієї рівності стоїть зміна  величини   – добутку маси тіла на його швидкість. Ця величина має особливу назву – імпульс тіла і позначається буквою р: імпульсом тіла називається величина, що дорівнює добутку маси тіла на його швидкість (записати в зошит).
Формула (2) – це просто інакше записаний другий закон Ньютона. Вона дає змогу сформулювати його інакше, ніж ми це робили раніше: внаслідок дії сили змінюється імпульс тіла. Зміна імпульсу дорівнює добутку сили, прикладеної до тіла, на час її дії. А це означає, що одна й та сама сила за однаковий час спричиняє у будь-якого тіла ту саму зміну імпульсу, бо до лівої частини рівності (2) маса не входить.
Величина   також має назву – імпульс сили, так що, згідно з формулою (2), зміна імпульсу дорівнює імпульсу сили.
Імпульс тіла р =   і імпульс сили   – величини векторні. Вектор імпульсу тіла напрямлений так само, як і вектор швидкості. Вектор імпульсу сили – так само, як і вектор сили.
З формули (2) випливає, що імпульс тіла вимірюється в кілограм-метрах за секунду (кг • м /с), а імпульс сили – в ньютон секундах (Н • с).
Задача (Пропоную приклад розв’язання задачі):
Визначте імпульс тіла масою 5 кг, що рухається із швидкістю 2 м/с.
Розв’язання
m=5 кг;                p=m•v;        p=5 кг•2 м/с = 10 кг•м/с
v=2 м/с;
p – ?

Закон збереження імпульсу
Імпульс має цікаву й важливу властивість, яка характерна лише для не багатьох фізичних величин. Це – Властивість збереження.
У чому вона полягає?
Властивість збереження – це властивість залишатися незмінним. Саме така властивість імпульсу тіл. Вона стосується випадку коли, коли два або більше тіл взаємодіють одне з одним, але на них не діють зовнішні сили. Така група тіл, або як кажуть, система тіл, називається замкненою: Замкнена система тіл – це сукупність тіл, що взаємодіють між собою, але не взаємодіють з іншими тілами.
З’ясуємо поняття замкненої системи і властивість збереження імпульсу на простих дослідах.
Поставимо на горизонтальні рейки два візки однакової маси т. До торця одного візка прикріпимо пластилінову кульку і до обох візків на торцях прикріпимо пружині буфери (показую малюнок). Нехай спочатку візки повернені один до одного торцями без пружин. Надамо обом візкам однакових за модулем швидкостей назустріч один одному. Візки зустрінуться, пластилін скріпить їх і вони зупиняться. Результати досліду легко зрозуміти. Два візки, що стикаються, – це система двох взаємодіючих тіл. Її можна вважати замкненою системою, оскільки дія на візки інших тіл – землі та опори – компенсовані. До зустрічі імпульси обох візків за модулем однакові, а за напрямом протилежні. Отже , сума імпульсів обох візків дорівнює нулю. Під час зіткнення візки взаємодіють, тобто діють один на одного з деякими силами, рівними за модулем і протилежними за напрямом (третій закон Ньютона). Тому імпульс кожного з візків змінився. Проте сума імпульсів залишилась такою самою, тобто дорівнює нулю – адже візки зупинилися.
Повернемо візки так, щоб вони були звернені один до одного пружинними буферам. Повторивши дослід, переконаємося в тому, що після зіткнення візки роз’їдуться в протилежні боки з однаковими за модулем, але протилежними за напрямом швидкостями. Отже, під час взаємодії імпульси візків знову змінилися, проте сума імпульсів, як і раніше, дорівнює нулю, тобто вона зберігається.
Маси і швидкості тіл можуть бути також різними. Не слід вважати, що загальний імпульс системи тіл зберігається тільки тоді, коли він дорівнює нулю. Нехай маси візків неоднакові: маса лівого візка дорівнює т1, правого –   т2 . Нехай і швидкості, надані візкам, будуть різні –   у лівого і   – у правого. Отже, до зіткнення  імпульс лівого візка був  , правого –  . Під час зіткнення на лівий візок подіяла деяка сила  , на правий – сила – , що дорівнює їй за модулем, але протилежна за напрямом. Час t дії обох сил однаковий. Внаслідок дії сил швидкості обох візків змінилися. Нехай швидкість лівого дорівнює  , правого –  . З мінилися, звичайно, також імпульси візки.
Запишемо для кожного візка рівняння (2); для лівого візка:  ; для правого:  . Додамо почлено ці рівності:  , або

У лівій частині рівності стоїть сума імпульсів обох візків до зіткнення, у правій – сума імпульсів тих самих візків після взаємодії. Імпульс кожного візка змінився, проте сума імпульсів залишилась незміною.
Закон збереження імпульсу.
Коли взаємодіють не два, як у наших прикладах, а багато тіл, то можна, застосувавши до кожного з них формулу (2) попереднього параграфа, довести, що і в таких випадках сума імпульсів замкненої системи взаємодіючих тіл не змінюється (зберігається). У цьому й полягає закон збереження імпульсу.
Геометрична сума імпульсів тіл, що утворюють замкнену систему, залишається сталою під час будь-яких рухів і взаємодій тіл системи.
У природі й техніці ми часто зустрічаємося із системами тіл, які можна вважати замкненими. Такими системами є гвинтівка і куля в її стволі, гармата і снаряд, оболонка ракети і паливо в ній, Сонце і планети, Земля та її супутник. І щоразу, коли під дією сил взаємодії змінюється імпульс одного з тіл системи, змінюються також імпульси інших тіл, проте завжди так, що загальний імпульс усіх тіл залишається незмінним.
Якщо система тіл не замкнена. Незамкнена система тіл – це система тіл, що взаємодіють між собою, на яку крім того, діють також якісь зовнішні, “сторонні” для системи тіла, зовнішні сили. В такому разі загальний імпульс системи не зберігатиметься, він змінюватиметься. А зміна імпульсу дорівнює імпульсу тієї сили, що прикладена до системи. Ковзаняра, який стоїть на льоду,  може змусити зрушити з місця (змінити імпульс) поштовх його товариша. Проте якщо ковзаняр тягнутиме однією своєю рукою другу, то це не змінить його імпульс.
Задача (Пропоную приклад розв’язання задачі):
Залізничний вагон масою 30 т, що рухається із швидкістю 1,5 м/с, зчіплюється з нерухомим вагоном масою 20 т. Яка швидкість вагонів після зчеплення? (Ділянка шляху прямолінійна).
Розв’язання
В умові задачі нічого не сказано про діючу силу: вона невідома. Тому задачу слід розв’язувати за допомогою закону збереження імпульсу. Спрямуємо координатну вісь вздовж вектора швидкості першого вагона.






m1 = 30 т =3•104кг;   m1v = (m1+m2)v;   v =3•104кг • 1,5 м/с / 3•10 4+2•10 4 =0,9 м/с.
m2 = 20 т =2•10 4;     v = m1v/m1+m2;  
v1 =1,5 м/с;
________________
v – ?

3.    Закріплення  нового матеріалу.
Задачі:
1)    Знайти імпульс вантажного автомобіля масою 10 т, який рухається з швидкістю 36 км/год, і легкового автомобіля масою 1 т, що рухається з швидкістю 25 м/с.
Розв’язання
m1=10 т=104кг;                p=m•v;        p1=104 кг•10 м/с = 105 кг•м/с
m2=1 т=103кг;                  p1=103 кг•7 м/с = 7•103 кг•м/с
v1=36 км/год=10 м/с;
v2=25 км/год=7 м/с;
___________________
p1 – ? p2 – ?

2)    З якою швидкістю летітиме хокейна шайба масою 160 г, щоб її імпульс дорівнював імпульсові кулі масою 8 г, яка летить із швидкістю 600 м/с?
Розв’язання
mш=160 г=0,16 кг;         pш=mш•vш;        vш= 0,008 кг•600 м/с/0,16 кг=
mк= 8 г=0,008 кг;         pк=mк•vк;      30 м/с.
vк=600 м/с;                     pк=pш;
___________________  mш•vш =mк•vк;
vш – ?                              vш =mк•vк/ mш;

Запитання:
1)    Що таке імпульс тіла? (імпульсом тіла називається величина, що дорівнює добутку маси тіла на його швидкість).
2)    Чому дорівнює модуль імпульсу тіла? (mv).
3)    Що таке імпульс сили? (Ft).
4)    Чи може імпульс тіла дорівнювати нулю? (Може).
5)    Як напрямлений вектор імпульсу тіла?(Так само як вектор швидкості).
6)    Як напрямлений вектор імпульсу сили?(Так само як вектор сили).
7)    Що можна сказати про імпульс тіла, коли сума сил, прикладених до нього, дорівнює нулю? (Він не змінюється).
8)    Що таке замкнена система тіл? (Замкнена система тіл – це сукупність тіл, що взаємодіють між собою, але не взаємодіють з іншими тілами.).
9)    У чому полягає закон збереження імпульсу? (Геометрична сума імпульсів тіл, що утворюють замкнену систему, залишається сталою під час будь-яких рухів і взаємодій тіл системи).

4.    Домашнє завдання
Запишіть  завдання до дому:
Прочитати в підручнику параграфи 40 – 41 сторінки 123-127.
Розв’язати задачі 2 на ст. 124; 1 на ст. 128.

5.    Висновки уроку.
На сьогоднішньому уроці ми з вами розглянули такі фізичні величини, як імпульс сили та імпульс тіла. І дізналися про особливу властивість імпульсу, як збереження. Вивчили закон збереження імпульсу. Все дякую за увагу. До побачення. Можете йти на перерву.

Література:
1.    І. К. Кікоїн, А. К. Кікоїн “Фізика 9 клас”.
2.    А. П. Римкевич “Збірник задач з фізики 9 –11 клас”.


Підпис студента: ___________

Підпис вчителя: ____________