8. Закон сохранения энергии. Вечный двигатель первого рода.

Формулировки экспериментального закона: закон сохранения энергии.

Формула экспериментальной связи физических величин и словесное изложение формулы: энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а лишь переходит из одного вида в другой в равных количествах.

Таким образом, невозможно получать механическую работу из ничего, т.е. затратить меньше энергии, чем энергия, соответствующая выполненной работе. Попытки создать машину, которая производит работу бóльшую, чем потребляет энергию (такая машина называется вечным двигателем первого рода), невыполнимы.

Попытки создать вечный двигатель первого рода не прекращены до сих пор, поскольку сама формулировка закона сохранения энергии является следствием того, что все предыдущие попытки создания вечного двигателя неудачны.

Например, для свободного падения тел без трения вблизи поверхности Земли потенциальная энергия гравитационного поля переходит в кинетическую:

mgh = mv²/2.

Р асшифровка формулы: в примере на рисунке mgh – потенциальная энергия гравитационного поля Земли; mv²/2 – кинетическая энергия тела; m – масса тела; g – ускорение свободного падения; h – высота тела над горизонталью, выбранной за нулевой уровень; v – модуль скорости тела.

Смысл константы (фундаментальная / нефундаментальная): новых констант нет.

Условия применения закона: закон выполняется всегда. Пример рассмотрен для случая, когда механическое движение происходит без трения под действием гравитационной силы Земли. Есть другие примеры. В присутствии сил трения пришлось бы учесть переход части энергии в тепло. При наличии электростатических сил, мы учли бы потенциальную энергию электростатического поля и т.д.

9. Сила инерции при прямолинейном движении

Формулировки экспериментального закона: сила инерции при прямолинейном движении.

Ф ормула экспериментальной связи физических величин и словесное изложение формулы: F_и = −ma. Сила инерции возникает в системе, которая движется с ускорением относительно инерциальной системы отсчета (в школьных задачах часто относительно Земли). Такие системы называются неинерциальными. Сила инерции направлена в сторону, противоположную ускорению системы.

Расшифровка формулы: F_и – сила инерции; m – масса тела; a – ускорение неинерциальной системы отсчета.

Смысл константы (фундаментальная/нефундаментальная): новых констант нет.

Условия применения закона: при прямолинейном движении в неинерциальной системе отсчета формула выполняется всегда.

§5. Законы статики

1. Условие равновесия тела относительно оси вращения

Формулировки экспериментального закона: условие равновесия тела относительно оси вращения.

Формула экспериментальной связи физических величин и словесное изложение формулы: для покоящегося тела или тела, движущегося поступательно, − суммарный момент сил, действующий на тела относительно любой оси, равен нулю.

Р асшифровка формулы: − знак суммирования, заменяет запись M₁ + M₂ +…+ M_i +…; M_i − момент i–й силы, вращающей тело вокруг оси.

Смысл константы (фундаментальная / нефундаментальная): новой константы нет.

Условия применения закона: закон применяется для модели абсолютно твердого тела.

Глава 3. ТЕОРЕМЫ МЕХАНИКИ.

Формулы

§6. ФОРМУЛЫ КИНЕМАТИКИ

1. Выражение пути через среднюю скорость и время

Теорема физики. Формула и словесная формулировка математической записи: S = v_cpt. Путь равен средней скорости движения, помноженной на время прохождения этого пути.

Д оказательство теоремы. Вывод формулы: формула следует из определения средней скорости: v_cp = S/t, где v_cp – средняя скорость, S – пройденный с этой средней скоростью путь, а t – время прохождения пути.

S = v_cpt. Формула доказана.

Условия выполнения: формула выполняется всегда.