Вопрос школьника
Голкипер отбивает хоккейную шайбу массой m = 20 г, летящую горизонтально в ворота со скоростью 72 км/ч, изменяя её направление на противоположное. Определить величину импульса силы, действующей на шайбу
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо воспользоваться законом сохранения импульса. Импульс — это векторная величина, равная произведению массы тела на его скорость. Закон сохранения импульса гласит, что в замкнутой системе импульс остается постоянным.
В данном случае замкнутой системой является шайба и голкипер. До столкновения шайба летела горизонтально со скоростью 72 км/ч, что равно 20 м/с. После столкновения шайба изменяет направление на противоположное и летит в обратную сторону со скоростью, равной по модулю 20 м/с.
Из закона сохранения импульса следует, что сумма импульсов шайбы и голкипера до столкновения равна сумме импульсов после столкновения. Так как голкипер находится в покое, его импульс равен нулю. Следовательно, импульс шайбы до столкновения равен ее импульсу после столкновения.
Импульс шайбы до столкновения равен:
p1 = m * v1,
где m — масса шайбы, v1 — ее скорость до столкновения.
p1 = 0,02 кг * 20 м/с = 0,4 кг * м/с.
Импульс шайбы после столкновения равен:
p2 = m * v2,
где v2 — скорость шайбы после столкновения.
Так как шайба изменяет направление на противоположное, то ее скорость по модулю не меняется и равна 20 м/с.
p2 = 0,02 кг * 20 м/с = 0,4 кг * м/с.
Следовательно, изменение импульса шайбы равно:
Δp = p2 — p1 = 0,4 кг * м/с — 0,4 кг * м/с = 0.
Таким образом, сила, действующая на шайбу, равна нулю, так как изменение импульса равно нулю. Это означает, что голкипер отбил шайбу без приложения силы, просто изменяя ее направление на противоположное.
