Latinaksi sana "impulssi" tarkoittaa iskua, työntöä. Ihminen on aina ollut yllättynyt iskun vaikutuksesta. Yritetään analysoida fysiikan näkökulmasta sellaisia käsitteitä kuin iskuvoima, voiman liikemäärä ja sen laskentakaava.
Momentum ja sen vahvuus
Fysiikassa käsitteet, kuten liikemäärä ja liikemäärän voimakkuus, erotetaan selvästi toisistaan. On ymmärrettävä, että liikemäärä on liikkeen määrä. Se määritellään kehon nopeuden ja sen massan tulona:
p=m × v.
Voiman liikemäärän laskemiseksi kaavaa on täydennettävä käsitteillä voima F ja aika t. Tässä koskee fysiikan tärkein laki liikemäärän – liikemäärän – säilymisestä.
Voiman kautta kulkevan liikemäärän kaava voidaan esittää seuraavasti:
F=(m v1-m v0) / t, tai m v1 - m v0=F t, jossa F on kohdistettu voima, t – aikayksikkö, m – ruumiinpaino, v0 – alkunopeus, v1 – loppunopeus törmäyksen jälkeen.
Jos siis tietyn massan omaavan kappaleen alkunopeus kasvaa ajan myötämikä tahansa voima, niin tällainen muutos liikkeen määrässä aikayksikköä kohti on verrannollinen vaikuttavaan voimaan. Voiman liikemäärä, jonka kaava on esitetty, osoittaa Newtonin toisen lain. Tästä seuraa, että lyhytaikaisessa altistumisessa suurelle voimalle voi tapahtua sama liikemäärän muutos kuin pitkäaikaisessa altistumisessa pienelle voimalle.
Fysiikan lait iskun esimerkissä
Energian ja liikemäärän muuttumattomuuden toiminta käytännössä voidaan osoittaa selkeästi iskuesimerkillä, koska vaikutusilmiö on laaj alti käytössä tieteessä ja tekniikassa.
Materiaalit on jaettu elastisiin ja joustamattomiin. Elastinen muodonmuutosvoiman päätyttyä palaa alkuperäiseen muotoonsa. Kun elastinen esine putoaa elastiselle tuelle eli isku, syntyy kimmovoima, joka vaikuttaa tuen sivulta ja hidastaa esineen nopeutta. Tämän osoittaa voimapulssikaava. Iskufysiikkaa käytetään laaj alti teollisuudessa.
Iskun voimakkuus riippuu sen kestosta ja tuen joustavuudesta. Jäykällä tuella iskun kesto on lyhyempi ja keskimääräinen voima suurempi. Pehmeällä tuella asia on päinvastoin. Joten sirkuksessa venytetty pehmeä verkko suojaa voimistelijaa voimakka alta iskulta.
Vauhdin ehdoton muuttumattomuus
Voiman säilymisen sääntöä noudatetaan, kun kappaleet ovat vuorovaikutuksessa. Jos ulkoiset kappaleet eivät vaikuta tällaiseen järjestelmään, kappaleiden vuorovaikutus tällaisessa erillisessä järjestelmässä ei muuta sen kokonaisvauhtia.
Laitliikemäärän ja energian säilyminen ovat luonnon peruslakeja. Liikemäärän säilyminen mekaanisissa prosesseissa on kuitenkin aina oikeudenmukaista ja ehdotonta. Voiman impulssi ja sen laskentakaava todistavat tämän käytännössä. Mutta energian säilymislain noudattaminen mekaniikassa edellyttää tiettyjen ehtojen täyttymistä.
Jos olisi mahdollista ottaa huomioon kaikki energiatyypit ennen ja jälkeen törmäyksen, olisi mahdollista varmistaa, että myös joustamattomassa törmäyksessä noudatetaan energian säilymisen lakia. Se on aina voimassa, mutta on mahdollista, että energiatyyppi muuttuu yhdestä toiseen. Käytännössä tämä on erityisen tärkeää.
Momentti on vektorisuure, joka riippuu kehon massasta ja sen nopeudesta. Voiman impulssi kuvaa kehon liikkeen muutosta siihen kohdistuvan tietyn voiman vaikutuksesta tietyn ajan kuluessa.
