Удар. 
Физика

Законы сохранения определяют результат всевозможных ударов — пресса в заготовку, снаряда — в танк, пули — в мишень и т. д. Удары молекул газа о поверхность создают давление, их удары друг о друга приводят к выравниванию плотности и температуры, а также к химическим реакциям, возбуждению, ионизации и т. д.

Ударом называют кратковременное взаимодействие тел (частиц), при котором силы взаимодействия много больше внешних.

Отсюда следует, что систему соударяющихся частиц можно считать замкнутой.

Если частицы сближаются по линии, соединяющей их центры инерции, то удар называется центральным. Результат удара зависит от его вида.

Удар, после которого тела разлетаются, сохраняя свою форму и внутреннее состояние, называется упругим.

В момент такого удара (например, бильярдных шаров) кинетическая энергия относительного движения тел полностью превращается в потенциальную энергию их упругой деформации, а она производит затем работу по восстановлению формы тел.

Пусть частица с массой т_Л движется со скоростью и₁₀, а частица т₂ — со скоростью v₂₀ (рис. 2.12, а). Поскольку при упругом ударе потерь механической энергии нет, то выполняются оба закона сохранения — импульса и механической энергии:

где ц, v₂ — скорости тел после удара (рис. 2.12, б). Решив эту систему уравнений, получим.

Рис. 2.12

При от, = от₂ получаем г>, = u_>0, v, = v,₀, т. е. тела обмениваются скоростями, что наблюдается, например, при центральном ударе упругих шаров (такой удар изучают в лабораторном практикуме). Если же частица ударяет о стенку или болванка — о броню танка, то от, v₂₀ = 0. Тогда v₂ ~ 0, v, = = -v,₀, т. е. стенка (или броня танка) остается практически неподвижной, а частица отражается с той же по модулю и противоположной по направлению скоростью. Из закона сохранения импульса получаем.

откуда импульс, полученный стенкой:

Рассмотрим теперь случай «слипания» частиц (рис. 2.12, в).

Удар, при котором кинетическая энергия относительного движения тел преобразуется во внутреннюю энергию системы, называется неунругим.

Абсолютно неупругих, как и абсолютно упругих ударов, разумеется, не существует: в ударе одного вида могут присутствовать элементы другого.

На основании формулы (2.30) имеем.

Проецируя это равенство на направление вектора v,₀ и полагая, что вектор v сонаправлен с вектором v_l0, получим.

В зависимости от знака числителя v > 0 или v < 0. В последнем случае предположение о направлении вектора v ошибочно.

Во многих случаях, особенно в военном деле, важна та часть энергии относительного движения тел, которая превращается во внутреннюю энергию. Полагая v₂₀ = 0 (что, как правило, и выполняется), можно из формулы (2.38) получить скорость и энергию системы после удара:

Отсюда искомая энергия.

Как видим, АЕтем больше, чем выше начальная энергия Е₀ снаряда и меньше его масса т_х по сравнению с массой т₂ цели. При т₂ т_х АЕ ~ Е₀, т. е. энергия снаряда полностью расходуется на деформацию цели. Именно это и происходит при попадании в нее пули или бронебойного снаряда (в лабораторном практикуме пуля застревает в мишени, висящей на длинном подвесе; пользуясь законами пеупругого удара, по отклонению мишени после выстрела можно определить скорость пули).

Если же масса т._} мала, то и деформация цели мала. В пределе при т._} <$С т, АЕ = 0. Это означает, что цель «подхватывается» снарядом и летит вместе с ним. При этом вероятность разрушения цели зависит уже от ее материала и конструкции. Модуль силы, действующей на цель: F= Ap₂/At, где Ар₂ = m₂v — модуль приращения импульса цели. Если эта сила создает в цели напряжение, большее ее предела прочности, то цель разрушается даже при малой массе, как это происходит, например, с насекомым на лобовом стекле движущегося автомобиля.

Формула (2.40) выражает энергетический итог всевозможных событий космического и локального масштабов.

Примеры практики При неупругом ударе астероида о Землю может выделиться энергия, во много раз больше энергии ядерной бомбы, сброшенной на Хиросиму, и вызвать последствия глобального масштаба (см. гл. 12). Существенно меньшая, но технологически важная энергия выделяется при ковке, штамповке, забивании фундаментной сваи или в дорожно-транспортном происшествии. В военных действиях такие «происшествия» осуществляют порой намеренно: во время Второй мировой войны советские летчики и японские камикадзе практиковали таран или направляли погибающий самолет на колонну противника. Прочность конструкций военной техники определяет их стойкость при поражающем действии оружия, безопасность при опрокидывании, столкновениях и т. д. Поражающие цель неупругие удары издревле осуществляли с помощью орудий, метавших каменные, свинцовые и чугунные ядра. В наше время кинетическое оружие — это пули, подкалиберные бронебойные снаряды, снаряды электромагнитных пушек. Разрывные снаряды стали применять в XVI в. Эти начиненные порохом чугунные полые ядра (с трубкой для воспламенения) приобрели в наше время вид мин, кассетных бомб, гранат, торпед и ядерного оружия. Пробивное действие нули зависит от ее калибра, массы, формы и конструкции, а также от материала пробиваемой среды. При быстро протекающем ударе он проявляет порой неожиданные свойства, например жидкость ведет себя как твердое тело и при ударе разбивается, словно хрупкое стекло. В то же время стекло способно почти полностью «ободрать» пулю, особенно остроконечную, оставив в пролетевшей ее части лишь малую массу. С тупыми пистолетными пулями, летящими с невысокими скоростями, такого не происходит.

Для поражения самолета, имеющего легкие броневые покрытия, пуля должна иметь энергию -1000 Дж, а для поражения человека — > 80 Дж. Поражающее действие снайперской пули увеличено тем, что ее стальной сердечник имеет в головной части чуть заметный скос. Поэтому при попадании в мягкие ткани тела она разворачивается боком и оставляет в них большие повреждения. Пробивное действие пули определяют с помощью сосновых досок толщиной 2,5 см, расположенных с промежутками 2,5 см. Например, пуля снайперской винтовки пробивает до 36 досок с расстояния 100 м. Снаряды поражают цели ударом, газами разрыва и осколками, а кумулятивные снаряды — струей от взрыва разрывного заряда.