Fizica conceptualaImpulsul şi energia cinetică sunt ambele măsuri ale cantităţii de mişcare şi au fost subiectul unei dispute secundare în cadrul  controversei  Newton-Leibniz, asupra celui care a inventat analiza matematică şi anume care ar fi fost adevărata măsură a mişcării.

 

 

 

CUPRINS

2.3.2 Impulsul şi energia cinetică. Comparaţie

Studentul modern poate fi scuzat dacă se întreabă de ce avem de nevoie de ambele mărimi, când natura lor complementară nu a fost evidentă pentru marile minţi ale anilor 1700. Următorul tabel evidenţiază diferenţele lor.

 

Energia cinetică
Impulsul
Nu are direcţie în spaţiu.     
Are direcţie în spaţiu.
Este mereu pozitivă şi nu poate fi anulată.   
Anulat cu impulsul din sensul opus.
Poate fi transformată în forme de energie care nu presupun mişcarea. Energia cinetică nu este o mărime care se conservă, în sine.                 
Se conservă întotdeauna.
Creşte de patru ori dacă viteza este dublată.     
Se dublează dacă viteza se dublează


Iată mai jos câteva exemple care arată comportamentele diferite ale celor două mărimi.

Exemplul 5. O monedă rostogolindu-se

Moneda

O monedă care se rostogoleşte are impulsul total 0, deoarece pentru fiecare punct în mişcare există un alt punct în direcţia opusă care îi anulează impulsul. Ea are, totuşi, energie cinetică.

 

Exemplul 6. Impulsul şi energia cinetică la declanşarea unei puşti

Puşca şi glonţul au la început impulsul şi energia cinetică 0. Atunci când trăgaciul este apăsat, glonţul capătă un impuls în deplasarea către înainte, dar acesta este anulat de impulsul retrograd al puştii, deci impulsul total este 0. Energia cinetică a armei şi a glonţului sunt ambele numere pozitive şi nu se anulează. Energia cinetică totală poate să crească, deoarece energiile cinetice ale ambelor obiecte sunt destinate disipării sub formă de căldură (energia cinetică retrogradă a armei nu congelează umărul trăgătorului!).


Exemplul 7. „Clătinarea” Pământului

Mişcarea Pământului

După ce Luna traversează o jumătate de cerc în jurul Pământului, mişcarea sa îşi schimbă direcţia. Aceasta nu implică nicio schimbare în energia cinetică, deoarece Luna nu accelerează sau încetineşte şi nu există nicio schimbare a energiei gravitaţionale, deoarece Luna se menţine la aceeaşi distanţă faţă de Pământ (în fapt, orbita Lunii nu este un cerc perfect, deci apelăm la o aproximare). Schimbarea direcţiei mişcării implică totuşi o modificare a impulsului, iar conservarea impulsului ne spune că Pământul trebuie să-şi schimbe de asemenea impulsul. De fapt Pământul se ,,clatină’’ pe o mică orbită, în jurul unui punctul situat sub suprafaţa sa, de-a lungul liniei care-l uneşte cu Luna. Impulsurile celor două corpuri sunt orientate întotdeauna în sensuri opuse şi se anulează reciproc.


Exemplul 8. Pământul şi Luna se „despart”

De ce nu poate Luna să decidă brusc să zboare într-o direcţie, iar Pământul în alta? Acest lucru nu este interzis de legea conservării energiei, deoarece noul impulsul dobândit de Lună într-o direcţie poate fi anulat de către o modificare a impulsului Pământului,  presupunând că Pământul se deplasează în direcţia opusă, la o viteză potrivită, mai mică. Catastrofa este interzisă de conservarea energiei, deoarece ambele energii cinetice ar fi crescut foarte mult.


Exemplul 9. Impulsul şi viteza cinetică a unui gheţar

Un gheţar de un kilometru cub are o masă de aproximativ  10^12 kg;  unu urmat de 12 zerouri. Dacă acesta se deplasează cu viteza de 0,00001 m/s, atunci impulsul său ar fi 10.000.000 kg•m/s. Acesta este echivalentul decolării unei nave spaţiale sau tuturor maşinilor din LA, conduse la viteza de autostradă. Energia sa cinetică este însă doar 50 de juli, echivalentul caloriilor conţinute într-o sămânţă de mac sau într-o picătură de benzină, prea mică pentru a fi văzută fără microscop. Surprinzător de mica energie cinetică este atât de mică, deoarece energia cinetică este proporţională cu pătratul vitezei, iar pătratul unui număr mic este un număr şi mai mic.