Warto przeczytać

Wyobraźmy sobie tor powietrzny, na którym umieszczony został bardzo lekki wózek, a na wózku znajduje się karabinek pneumatyczny. Przyjmijmy, że masa wózka jest znacznie mniejsza niż masa karabinka. Pomiędzy wózkiem a torem nie występuje tarcie, ponieważ wózek unosi się nad torem dzięki sile podmuchu ${\overrightarrow{F}}_p$. Oznacza to, że siła grawitacji ${\overrightarrow{F}}_g$ równoważona jest siłą podmuchu. Dzięki temu możemy uznać taki układ za układ izolowanyukład izolowany ciałukład izolowany, ponieważ wszystkie niezrównoważone siły wewnętrzne działają w kierunku poziomym. Siły zewnętrzne nie mają wpływu na układ. W pewnej chwili z karabinka o masie $M=2\mathrm{k}\mathrm{g}$ wystrzeliwany jest pocisk o masie $m=4\mathrm{g}$ w kierunku poziomym. Prędkość wylotowa pocisku wynosi $v_m=50\frac{\text{m}}{\text{s}}$. Zastanówmy się, jakie będą skutki wystrzału. Zgodnie z zasadą zachowania pędu:

„W układzie odosobnionym całkowity pęd tego układu pozostaje stały.”

A zatem karabinek po wystrzale uzyska pewną prędkość $v_M$ w kierunku poziomym, ale zwrot wektora prędkości ${\overrightarrow{v}}_M$, jest przeciwny względem wektora prędkości ${\overrightarrow{v}}_m$. Wykonajmy rysunek pomocniczy.

R16oOmzWDBIC5

Rys. 1. Na rysunku znajduje się karabinek, ustawiony poziomo z lufą skierowaną w prawo. Karabinek leży na wózku pneumatycznym, przedstawionym symbolicznie jako poziomy pasek. Pod paskiem narysowano faliste pionowe linie symbolizujące powietrze dmuchające od dołu i utrzymujące wózek z karabinkiem nad powierzchnia podłoża. Do karabinku przyłożone są 2 pionowe wektory sił o jednakowych długościach i przeciwnych zwrotach. Wektor siły grawitacji skierowany jest w dół i oznaczony literą wielkie F z indeksem dolnym małe g i strzałką nad nią. Wektor siły podmuchu powietrza skierowany jest do góry i oznaczony literą wielkie F z indeksem dolnym małe p i strzałką nad nią. Na prawo od lufy karabinka widać wystrzelony pocisk, którego masa oznaczona jest literą małe m. Do pocisku przyłożony jest wektor prędkości, skierowany poziomo w prawo i oznaczony literą małe v z indeksem dolnym małe m i strzałką nad nią. Masa karabinka oznaczona jest literą wielkie M. Do karabinku przyłożony jest wektor prędkości, skierowany poziomo w lewo i oznaczony literą małe v z indeksem dolnym wielkie M i strzałką nad nią.

Początkowy pęd układu przed wystrzałem jest równy zero, ponieważ wózek wraz z  karabinkiem pozostają w spoczynku. Po wystrzale pęd układu możemy zapisać jako sumę pędów pocisku ${\overrightarrow{p}}_m$ i  karabinka ${\overrightarrow{p}}_M$

Zgodnie z zasadą zachowania pędu, pęd końcowy jest równy pędowi początkowemu

A zatem pęd końcowy również jest równy zero:

Ruch obu elementów układu odbywa się w przeciwnych kierunkach. Uwzględniając zwroty wektorów prędkości, możemy wyznaczyć prędkość, z jaką poruszać się będzie wózek wraz z  karabinkiem po wystrzale

Zauważmy, że masa karabinka jest znacznie większa niż masa pocisku. Wynika z tego, że prędkość karabinka po wystrzale jest znacznie mniejsza niż prędkość pocisku

Występowanie ruchu karabinka w kierunku przeciwnym do zwrotu prędkości wystrzelonego pocisku nazywamy odrzutem. Zjawisko to wynika z zasady zachowania pędu, a jeśli chcielibyśmy zagłębić się dalej, możemy stwierdzić, że zjawisko odrzutu - na poziomie fundamentalnym - wynika z III zasady dynamiki.

Zauważmy, że analizowane zagadnienie jest przypadkiem wyidealizowanym, ponieważ np. na okrętach wojennych armaty nie są instalowane na torach powietrznych. Jednak w tym przypadku zjawisko odrzutu również występuje. Różnica polega na tym, że ruchowi armaty przeciwdziała siła tarcia pomiędzy armatą a podłożem. Dlatego działo okrętowe należy przymocować do stanowiska strzelniczego, aby nie odsunęło się ono zbyt daleko i zbyt gwałtownie.

Zjawisko odrzutu jest powszechnie wykorzystywane w przyrodzie. Jako przykład możemy podać płaszczkę, która, aby poruszać się, dokonuje skurczu mięśni i odpycha wodę znajdującą się pod nią. W technice również wykorzystujemy zjawisko odrzutu. Najpopularniejszym przykładem są silniki rakietowe, w których podczas lotu wyrzucane są z dużą prędkością gazy spalinowe.

Słowniczek