Hybností hmotného bodu nazýváme součin jeho hmotnosti m a rychlosti :
Pro vystižení časového účinku síly se zavádí další veličina impuls síly . Impuls síly , která působí na hmotný bod po časový interval , je definován určitým integrálem
Impuls a hybnost jsou vázány vztahem:
V rovnici (3,28) je hybnost hmotného bodu v čase , od kterého začala působit síla vytvářející impuls a hybnost hmotného bodu v čase , kdy přestala působit síla . Při důkazu tvrzení (3,28) se vychází z druhého Newtonova zákona (2,1) .
. | (3,29) |
Dle (2,1) a předpokládáme-li ve shodě s Newtonovou mechanikou, že hmotnost m hmotného bodu je konstantní, potom
. |
Dosadíme-li do definiční rovnice impulsu (3,27) vyjádření síly dle (3,29) , dostáváme
, odkud bezprostředně plyne dokazovaný vztah .
Pojem impulsu síly je důležitý pro vyšetřování dějů, u kterých lze obtížně stanovit a není důležitý přesný časový průběh síly, ale pouze její úhrnný efekt . Příkladem takových dějů je pohyb střely v hlavni střelné zbraně. Počáteční hybnost střely je nulová, hybnost při opuštění hlavně lze určit z rychlosti střely a z její známé hmotnosti. Z rozdílu hybností určíme dle rovnice (3,28) impuls síly, který na střelu v hlavni působil. Určit detailní průběh sil působících na střelu v hlavni by bylo podstatně obtížnější a pro řešení řady úloh není takové detailní určení nutné. Obdobně, odráží-li se míč od stěny, můžeme z rozdílu hybností míče před dopadem na stěnu a po odražení od stěny určit impuls síly, který stěna míči udělila, aniž bychom museli zkoumat časový průběh sil působících mezi míčem a stěnou.
Místo skutečné síly vytvářející impuls uvažujeme někdy konstantní průměrnou sílu
. | (3,30) |
Vzorec (3,30) vystihuje přirozeně požadovanou vlastnost průměrné síly , aby tato síla udělila hmotnému bodu za stejný časový interval stejný impuls jako skutečně působící časově proměnná síla . Průměrná síla je zavedena tak, jak odpovídá zavedení průměrných hodnot závisle proměnných veličin v určitém intervalu nezávisle proměnné. Nezávislou proměnnou je zde čas , závisle proměnnou síla a rovnice (3,30) po rozepsání výrazu pro impuls dává
. | (3,31) |
Jako příklad nyní vypočítáme průměrnou sílu , kterou působí stěna na míč hmotnosti , dopadá-li míč na stěnu kolmo rychlostí o velikosti = 5 m/s a odráží se od ní též kolmo rychlostí o velikosti v 2 = 4,5 m/s. Doba styku míče a stěny . Z uvedených údajů pro hledanou průměrnou sílu dostáváme vyjádření
Průměrná síla má směr kolmý ke stěně, míří od stěny a její velikost je
. |
zavři