Импулсът е дума, която често използваме в ежедневието си. Често чуваме, че спортни отбори или политически кандидати имат „голям импулс“. В този контекст се има предвид, че те са имали много скорошни успехи и на съперниците им ще им е трудно да променят тази траектория. Това е значението на този термин и във физиката, макар там да трябва да сме много по-точни с определенията.

Импулсът е мярка за движеща се маса: какво количество маса е в какво количество движение. Обикновено се обозначава със символа $\mathbf{p}$p.

По определение имаме $\boxed{\mathbf{p} = m \cdot \mathbf{v}}.$start box, p, equals, m, dot, v, end box, point

Тук $m$m е масата и $\mathbf{v}$v е скоростта. Стандартната мерна единица за импулс е $\mathrm{kg \cdot m/s}$k, g, dot, m, slash, s и той винаги е векторна величина. Това просто равенство показва, че ако увеличим двойно масата или скоростта на един предмет, това ще удвои импулса му.

Полезно свойство на импулса е неговата връзка със силата. Вероятно си спомняш от кинематичните уравнения, че промяната на скоростта $\Delta v$delta, v може да бъде представена и като $a\cdot \Delta t$a, dot, delta, t.

Виждаме, че всяка промяна на импулса поради ускорение може да се запише като

Импулсът на сила е величина, показваща общия ефект на действие на една сила спрямо времето. Той се отбелязва със символа $\text{J}$start text, J, end text и се измерва в нютон-секунди.

За постоянна сила имаме $\mathbf{J} = \mathbf{F} \cdot \Delta t$J, equals, F, dot, delta, t.

Както видяхме по-рано, това е равно на промяната на импулса $\Delta \mathbf{p}$delta, p. Това равенство е известно като Теорема за промяната на количеството движение в системата или Теорема за кинетичния импулс. Чрез теоремата за импулса можем да направим пряка връзка между действието във времето на дадена сила върху обекта и неговото движение.

Една от причините импулсът на силата да е важен и полезен в реалния живот е, че силите често не са постоянни. Силите, причинени от хора или двигатели например, обикновено нарастват от нула и могат да варират през времето поради множество фактори. Директното търсене на цялостния ефект на тези сили може да е доста трудно.

Когато изчисляваме импулса, умножаваме сила по време. Това е равносилно на намиране на площта под графиката на силата и времето. Това става полезно, защото така тази площ може еднакво лесно да се намери както за сложни форми – при променлива сила – така и за обикновения правоъгълник – при постоянна сила. За разбиране на импулсното движение на обект е от значение само крайният сумарен импулс.

Идеята за импулса на силата, който бива външен и вътрешен за системата, е основна за разбирането на запазването на импулса.

Повечето хора са виждали астронавтите да работят в орбита. Изглежда сякаш бутат свободно летящи предмети без усилия. Това е така, защото астронавтите и обектите, с които те работят, са в режим на свободно падане, те не трябва да се справят със силата на гравитацията. Обаче тежките движещи се обекти притежават същия импулс, какъвто имат и на Земята, и може да бъде еднакво трудно да се промени този импулс.

Да предположим, че се случи авария в една космическа станция и астронавт трябва ръчно да премести свободно летяща космическа капсула с маса 4000 kg далеч от докинг зоната. На Земята астронавтът знае, че може да носи товар от 50 kg над себе си в продължение на 3 секунди. Колко бързо ще успее да премести капсулата?

Първо пресмятаме общия импулс, който астронавтът може да приложи. Обърни внимание, че тя бута вертикално и в двата случая, затова няма нужда да следим за посоката на силата.

Чрез теоремата за импулса можем да намерим скоростта на космическия кораб:

Специфичен импулс—$I_{SP}$I, start subscript, S, P, end subscript—е спецификация, която често се дава на двигатели, които произвеждат тяга. Двигателите на самолетите и ракетните двигатели са два често срещани примера. В този контекст специфичен импулс е мярка за ефикасността на използване на гориво за създаване на тяга и е една от най-важните спецификации за подобни двигатели.

Когато се използва представката относителен (специфичен), това означава "отнасящ се към, специфичен за" определено количество. Относителна плътност и специфичен топлинен капацитет са два примера за това. Специфичен импулс е импулсът, измерен спрямо тежестта на горивото (на Земята), използвано за произвеждане на импулса.

Тъй като разделяме импулс на сила – силата върху горивото от земната гравитация – мерните единици на силата се съкращават, а единиците за специфичен импулс са просто секунди.

Една ракета може да има специфичен импулс от 300 s. Това означава, че тя може да използва гориво, тежащо 1 N, за да произведе тяга от 1 N за 300 s. В практиката ракетата може да има някаква минимална тяга, например 100 N. В този случай може да използва гориво, тежащо 1 N, за да произведе тяга от 100 N за 3 s.

Самолет Boeing 747 има четири двигателя, всеки от които може да произведе тяга до 250 kN. Отнема около 30 s за самолета да достигне скорост на излитане. Тягата, произведена от двигателите при излитане, е представена по-долу от кривата на графиката сила-време.

Упражнение 1a: Колко е общият импулс, произведен от самолета при достигане на скоростта на излитане?

Упражнение 1b: Специфичният импулс на самолетните двигатели се знае, че е около 6000 s. Колко килограма гориво са изгорени, за да може самолетът да достигне скоростта на излитане?