Vad är en impuls i fysik?

Kraft som appliceras över tid skapar en impuls, en förändring i momentum. Impuls definieras i klassisk mekanik som en kraft multiplicerad med den tid den verkar över. I kalkyl termer kan impulsen beräknas som integralen av kraft med avseende på tid. Symbolen för impuls är J eller Imp.

Kraft är en vektorkvantitet (riktningen spelar roll) och impuls är också en vektor i samma riktning. När en impuls appliceras på ett objekt har det en vektorförändring i dess linjära rörelsemängd. Impuls är produkten av den genomsnittliga nettokraften som verkar på ett föremål och dess varaktighet J = F̅Δ

t

Alternativt kan impuls beräknas som skillnaden i momentum mellan två givna instanser Impuls = förändring i momentum = kraft x tid.

Impulsenheter

SI-enheten för impuls är densamma som för momentum, Newtonsekund N*s eller kg*m/s. De två termerna är lika. Engelska tekniska enheter för impuls är pund-sekund (lbf*s) och slug-foot per second (slug*ft/s).

The Impulse-Momentum Theorem

Denna sats är logiskt ekvivalent till Newtons andra rörelselag: kraft är lika med massa gånger acceleration, även känd som kraftlagen. Förändringen i ett objekts momentum är lika med den impuls som appliceras på det. J = Δ s.

Denna sats kan appliceras på en konstant massa eller på en föränderlig massa. Det är särskilt relevant för raketer, där raketens massa förändras när bränsle förbrukas för att producera dragkraften.

Kraftimpuls

Den produkten av medelkraften och den tid under vilken den utövas är kraftimpulsen. Det är lika med förändringen av rörelsemängden för ett föremål som inte ändrar massa.

Detta är ett användbart koncept när du studerar slagkrafter. Om du ökar tiden under vilken kraftförändringen sker, minskar också slagkraften. Detta används i mekanisk design för säkerhet, och det är användbart i sportapplikationer också. Du vill minska stötkraften för en bil som träffar skyddsräcket, till exempel genom att designa skyddsräcket så att det kollapsar samt att designa delar av bilen så att de skrynklas ihop vid kollisionen. Detta förlänger tiden för stöten och därmed kraften.

Om du vill att en boll ska drivas vidare, vill du förkorta nedslagstiden med ett racket eller slagträ, vilket höjer slagkraften. Samtidigt vet en boxare att luta sig bort från ett slag så det tar längre tid att landa, vilket minskar stöten.

Specifik impuls

Specifik impuls är ett mått på effektiviteten hos raketer och jetmotorer. Det är den totala impulsen som produceras av en enhet drivmedel när den förbrukas. Om en raket har en högre specifik impuls behöver den mindre drivmedel för att nå höjd, avstånd och hastighet. Det är ekvivalenten med dragkraften delat med drivmedelsflödet. Om drivmedelsvikten används (i Newton eller pund) mäts specifik impuls i sekunder. Det är ofta så raketmotorprestanda rapporteras av tillverkare.