Лукина Галина Степановна, автор-составитель Учимся решать физические задачи Законы сохранения

…вещи не могут ни создаваться из

ничего, ни однажды возникнув,

вновь обращаться в ничто….

Лукреций Кар

«О природе вещей»

Один из наиболее важных разделов любой естественной науки посвящается изучению законов сохранения. Начиная с этого номера журнала, посвятим несколько занятий законам сохранения и мы.

Развитие физики сопровождалось установлением самых разных законов сохранения, утверждающих, что в изолированных системах определенные величины не могут возникать или исчезать. Представления о том, что подобные законы существуют, возникли в глубине веков. Приведенные в эпиграфе слова Лукреция пришли к нам из далекой античности. Сегодня физике известно довольно много таких законов: это законы сохранения массы, заряда, импульса, энергии, барионного заряда, странности, четности и очарования.

Мы начнем наши занятия с очень важного закона, который называется законом сохранения импульса.

1. Закон сохранения импульса

Я принимаю, что во Вселенной

есть известное количество движения,

которое никогда не увеличивается,

не уменьшается, и, таким образом,

если одно тело приводит в движение

другое, то теряет столько своего

движения, сколько его сообщает.

Р. Декарт

1. Из истории открытия закона

Еще в глубокой древности люди пытались найти количественные характеристики механического движения тел. Однако прошло не одно столетие, пока сформировались «удобные» физические понятия. Так, в ХVll веке, когда фактически создавалась классическая механика, с особой остротой встал вопрос о том, какую величину целесообразно использовать как меру движения. Рене Декарт предложил в качестве такого понятия «количество движения», которое, говоря современным языком, означало произведение массы тела на модуль его скорости, и сформулировал «закон сохранения количества движения».

Судя по его высказываниям, Декарт понимал фундаментальное значение введенного им понятия, и хотя он совершил ошибку, не рассматривая количество движения как векторную величину, сформулированный им закон сохранения количества движения с честью выдержал испытание временем.

То, что Декарт не учитывал векторного характера скорости, привело к ряду ошибок. В частности, при рассмотрении важной для того времени практической задачи об упругом соударении тел по Декарту получалось, что в результате столкновения двух тел разной массы, движущихся навстречу друг другу с равными скоростями, оба тела будут двигаться в направлении первоначального движения более массивного тела. В действительности же тела разлетаются в разные стороны.

В начале ХVlll века ошибка Декарта была исправлена Х. Гюйгенсом и И. Ньютоном, и триумфальное шествие этого закона в науке и технике продолжается по сию пору.

Как один из основополагающих законов физики, он дал неоценимое орудие исследования ученым, ставя запрет одним процессам и открывая дорогу другим. Взрыв, реактивное движение, атомные и ядерные превращения – везде превосходно работает этот закон.

В настоящее время термин «количество движения» почти вышел из употребления, и введенную Декартом, но несколько измененную характеристику движения, равную произведению массы тела на вектор скорости называют импульсом тела.