2. Закон сохранения массы.
Закон сохранения массы является исторически первым из законов сохранения, познанных человеком.
Это и понятно, так как прежде всего человек имеет дело непосредственно с различными видами вещества, а свойства его движения требуют для своего познания уже более высокого уровня общественной практики.
Догадки о существовании некого всеобщего принципа сохранения вещества как синонима материи восходят еще к философам Древней Индии, Китая, откуда они проникли в античный мир.
Философы античности считали, что ничто не может происходить из ничего и ничто не может быть уничтожено.
По Аристотелю, материя не происходит из ничего, не подлежит умножению, или уменьшению, не создается и не исчезает, а лишь изменяется.
Практические потребности человека привели к необходимости сопоставления предметов друг с другом, к избранию в качестве эталонов, с которыми можно было бы их сравнивать, тел наиболее постоянных, устойчивых, сохраняющихся.
Со временем были изобретены весы, которыми пользовались как в быту, в торговле, так и для научных исследований.
Еще при зарождении ремесел в Древнем Египте пользовались весами. Все дальнейшее развитие химических знаний было неразрывно связано с их применением.
В основе весов лежит допущение о сохранении веса в эталоне(понятие массы еще отсутствовало).
Здесь мы видим пример тому, как на протяжении многих веков, стихийно, не осознано используются законы природы, существо которых еще не стало достоянием науки.
К началу нового времени в результате накопления большого количества опытных фактов были сделаны определенные выводы о существовании некоторой величины, которая сохраняется при химических превращениях.
Постепенно складывалось понятие о том, сто вес есть лишь внешнее
проявление сущности вещества.
Так исторически подготавливались условия для возникновения понятия массы.
Формирование понятия массы и формулирование закона ее сохранения становится необходимым не только на основании непосредственного изучения свойств вещества, но также из общих философских соображений о неуничтожимости всего сущего, являющегося результатом обобщения всей суммы положительных знаний, подтвержденных общественной практикой.
Сохранение массы при химических реакциях впервые в истории было экспериментально доказано в 1756 году Михаилом Васильевичем Ломоносовым на примере обжигания металлов в запаянных сосудах.
При этом он сформулировал закон, получивший название "Закон сохранения массы(веса)":
Масса (вес) веществ, вступающих в реакцию, равна массе(весу) веществ, образующихся в результате реакции.
Несколько позже (в 1789 г) закон сохранения массы был независимо от М. Ю. Ломоносова установлен французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье, который показал, что при химических реакциях сохраняется не только общая масса веществ, но и масса каждого из элементов, входящих в состав взаимодействующих веществ.
Работы Ломоносова и Лавуазье положили начало сознательному применению закона сохранения вещества во всех химических и физических экспериментах, а также в теоретических исследованиях.
Закон сохранения массы становится фундаментом всей классической механики и основным законом физики.
В классической механики закон сохранения массы формулируется следующим образом:
Масса замкнутой системы остается неизменной при любых процессах происходящих в этой системе.
Однако абсолютность этого закона сохранения нарушается в процессах описываемых в специальной теории относительности(в релятивистской механике)
В релятивистской механике в отличие от классической масса материальной точки не постоянна а зависит от скорости этой точки
Её значение массы различно в двух движущихся относительно друга инерциальных системах отсчёта
Зависимость массы от скорости выражается формулой :
где m0 - масса покоя частицы (материальной точки, т е масса измеренная в той инерциальной системе отсчёта относительно которой частица находится в покое
С - скорость света в вакууме, С=3*108 м/с
Массу m часто называют релятивистской массой
Влияние скорости частицы на величину её массы становится существенным только при значениях скорости тела близких к С
Из закона зависимости массы от скорости видно что частицы с массой покоя не равной 0 не могут двигаться со скоростями большими или равными С в вакууме
В тоже время частицы масса покоя которых равна 0 (например фотоны
и нейтрино) не могут иметь скорость отличную от С
В силу однородности пространства в релятивистской механике справедлив закон сохранения релятивистской массы
При любых процессах происходящих в замкнутой системе её постоянная релятивистская масса не изменяется
Однородность пространства проявляется в том что физические свойства замкнутой системы и законы её движения не зависят от выбора положения начала координат инерциальной системы отсчета т е не изменяются при параллельном переносе в пространстве замкнутой системы как целого
Следовательно в релятивистской механике импульс Р материальной точки является нелинейной функцией её скорости
Вектор Р иногда называют релятивистским импульсом материальной точки