Impulsi jäävus looduses ja tehnikas (0)

Anna-Maria
Impulsi jäävus looduses ja tehnikas

Reaktiivliikumine

Impulsi jäävuse seaduse üheks huvitavaks ning oluliseks rakenduseks on reaktiivliikumine (re- + activus — ladina k vastu + tegutsev), mida kasutatakse nii tehnikas kui ka mõne looma poolt looduses. Selleks et paigalt liikuma pääseda, on vaja vastastikmõju — teist keha, millest end eemale tõugata, nii et see vastavalt Newtoni III seadusele sama suure jõuga vastu mõjuks.
Reaktiivliikumiseks nimetatakse liikumist, mille tekitab kehast eemale paiskuv keha osa.
Olgu raketikesta ja selles asuva aparatuuri ning meeskonna mass mr, kütuse ja sellest tekkivate gaaside mass mk ning gaaside väljapaiskumise kiirus vk. Et algul on rakett paigal ja impulss null, saame impulsi jäävuse seaduse välja kirjutada järgmiselt:
Avaldame siit raketi kiiruse
Sellest valemist näeme, et rakett liigub gaaside väljapaiskumisele vastassuunaliselt (miinusmärk!) ja kiirus on seda suurem.
Esimese reaktiivliikumise põhimõttel töötava seadme ehitust on esimesel sajandil kirjeldanud antiikkreeka matemaatik ja insener Heron . Tegemist oli kahe düüsiga varustatud õõnsa metallkeraga, millesse suunati vee keemisel tekkiv aur. Düüsidest suure kiirusega väljuva auru reaktiivjõud pani selle nn Heroni kera pöörlema.
Tänapäeval on reaktiivmootorid väga levinud.

Pöörlemishulga jäävus

Kulgevat liikumist iseloomustab liikumishulk ehk impulss ja kehtib impulsi jäävuse seadus. Impulsiga analoogilise suuruse saab defineerida ka pöörlemise jaoks. Kui kulgliikumise hulka nimetatakse lihtsalt impulsiks , siis pöördliikumise hulka nimetatakse pöördimpulsiks ehk impulsimomendiks.
Impulsimoment sõltub keha massist ja pöörlemise nurkkiirusest.
Mida kaugemal paikneb mass pöörlemisteljest, seda suurem on pöörlemishulk, kuna raadiuse suurenemisel joonkiirus kasvab.
Lihtsama kujuga pöördkehade impulsimoment L on võrdeline keha massi, raadiuse ruudu ja pöörlemise nurkkiirusega :
Võrdetegur b sõltub keha kujust
Sarnaselt impulsiga on ka impulsimoment jääv. Kehtib pöörlemishulga ehk impulsimomendi jäävuse seadus.

Välismõjude puudumisel säilitab süsteem oma pöörlemishulga ja sellega koos ka pöörlemistelje asendi. Kiiresti pöörleva keha telje orientatsiooni muutumatust kasutatakse güroskoopides.

Kuüsimused:

• Kuidas saab õhupalli ilma kõrvaliste vahenditeta lendama panna?

Esimene võimalus on lasta õhupallist nöör ära. Pallis on rõhk (õhurõhk), kui teha nöör lahti tuleb õhk pallist välja. Siit järeldub, et tekkib reaktiivliikumine.

Teinevõimalus on täita palli heeliumiga (He),sest heelium on kergem, kui „õhk“( teiste gaaside segu) ja see tõttu tõuseb ülese.

• Mis juhtub, kui tugeva joaga aiakastmisvoolik käest lahti pääseb?

Voolik hakkab „lendama“, sest voolikus tuleb veerõhk ja tekkib reaktiivliikumine.

• Miks hakkavad inimesed jäisel teel libastudes tahtmatult käteringe tegema?

Näiteks libedal teel tasakaalu kaotanud inimesed, kes kukkumise vältimiseks hakkavad instinktiivselt keha pöördumisega vastassuunas käteringe tegema. Selleks, et see ei juhtuks tuleb panna mõlemad käeb laiali nagu helikopter. Impulssmomendi jäävuse tõttu peab helikopteril olema kaks tiivikut. Kui panna pöörlema vaid üks tiivik, hakkaks helikopter ise vastassuunas pöörlema.

• Miks ei saa tiivikuga mootorsaanid ja hõljukid ohutult järske pöördeid teha?

Ringliikumise raadiust suureneb, väheneb tema pöörlemiskiirus järsult, sest korrutis  peab endiseks jääma.( näide iluuisujaga vastandlikkus )