Опишіть за допомогою закону збереження імпульсу наступний дослід. Сегнерове колесо.

Це фактично є Сегнерове колесо, назване так за іменем його винахідника - фізика угорського походження - Яноша Сегнера. 

Для зручності зобразимо колбу з трубками у проєкції на горизонтальну площину.

Принцип дії полягає у тому, що налита у колбу вода витікає струменями з трубочок і за рахунок реактивної сили змушує колбу (колесо) обертатись.  

Розглянемо детальніше.  

Позначимо масу води, яка витікає за одиницю часу з трубочки $\Delta m$. Через кожну  з трубочок за  час $\Delta t$ витікає маса води $\Delta m*\Delta t$. 

Позначимо швидкість руху води у струмені  $v$.       

Таким чином, ця маса води $\Delta m*\Delta t$ має імпульс 

$P_в=\Delta m*\Delta t*v$          (1)

Але початковий імпульс системи вода+колба дорівнював  нулю, відтак, згідно закону збереження імпульсу кінець трубочки отримує такий же по величині імпульс, як і вода, але направлений протилежно. 

$P_т=-\Delta m*\Delta t*v$         (2)

Імпульс руху дорівнює імпульсу сили.   

$F*\Delta t=-\Delta m*\Delta t*v$          (3)

На кінчик трубочки діятиме сила 

$F=-\Delta m*v$           (4)

Ця сила діє на кінець трубочки, який знаходиться на відстані R від центру обертання. Таким чином маємо момент сили (обертальний момент).

$M=FR=-\Delta m*vR$            (5)

Цей момент сили примушує колбу обертатись у сторону, протилежну руху струменя води. 

Оскільки трубочки однакові і їх чотири то загальний обертовий момент буде у 4 рази більший. 

 $Mз=-4\Delta m*vR$          (6)

Знак мінус свідчить про те, що напрямок обертового моменту протилежний імпульсу струменів води.

Підтримайте, ставте лайк, якщо допоміг. Не зрозуміли - запитуйте, поясню.  Потрібна допомога у розв'язанні задач з фізики - пишіть на ivankonosovskiy@gmail.com   Допоможу безкоштовно.