- •Мультимедийные лекции по физике
- •Тема 5. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ
- •5.1. Законы сохранения в классической механике
- •Однородность времени отражает тот факт, что
- •Важно понять условия, при которых выполняется тот или иной закон сохранения.
- •Реальным приближением к замкнутой системе служит система:
- •Механическая система называется консервативной,
- •5.2. Закон сохранения механической энергии
- •ЕК Аконс.внут. Анеконс.внут.
- •Aконс.внеш.
- •Работа внутренних консервативных сил равна
- •Выполняя математические операции переноса слагаемых в левую часть основного выражения, получим
- •В результате вывода получили, что
- •Если в системе неконсервативные силы отсутствуют: AНК 0
- •5.2. Закон сохранения импульса
- •Запишем для каждого из тел второй закон Ньютона в его наиболее общей форме.
- •Просуммируем левые и правые части равенств.
- •Результирующим импульсом системы
- •Тогда можно переписать
- •На практике достаточно часто приходится иметь дело со взаимодействием тел в условиях, когда
- •Сзаконом сохранения импульса связаны такие понятия как:
- •5.3. Закон сохранения момента импульса
- •Согласно закону изменения момента импульса для отдельных тел имеем:
- •Моментом импульса системы тел называется векторная сумма моментов импульсов всех тел системы.
- •Если внешние силы отсутствуют или их равнодействующая сила равна нулю, то система будет
- •Рисунок иллюстрирует закон сохранения момента
- •На практике часто приходится рассматривать вращение взаимодействующих тел относительно некоторой неподвижной оси Z.
- •Применение законов сохранения к удару тел
- •Абсолютно неупругий удар
- •Закон сохранения импульса в скалярной форме в
- •Закон сохранения энергии для абсолютно неупругого удара тоже можно записать, но только с
- •Абсолютно упругий удар
- •Для указанного на рисунке случая абсолютно упругого
- •Рисунок иллюстрирует абсолютно упругий удар шаров разной массы.
- •Частные случаи
- •Законы сохранения в микромире
- •Эти законы представляют собой равенство некоторых чисел на входе и выходе всевозможных превращений
Работа внутренних консервативных сил равна
убыли потенциальной энергии взаимодействия тел системы друг с другом:
Аконс.внут. ЕП1
Работа внешних консервативных сил равна убыли
потенциальной энергии системы во внешних потенциальных полях:
Аконс..внеш. ЕП2
Выполняя математические операции переноса слагаемых в левую часть основного выражения, получим
(ЕК EП1 ЕП2 )
Аконс.внеш. Анеконс.внеш.
Заметим, что потенциальная энергия механической системы Eп складывается из
-потенциальной энергии взаимодействия точек системы друг с другом ЕП1;
-потенциальной энергии во внешних потенциальных полях ЕП2.
Eп Еп1 Еп2
Полная механическая энергия системы:
E EK Eп
Изменение полной механической энергии:
E (EK EП )
В результате вывода получили, что
E AНК
Закон сохранения полной механической энергии для неконсервативной системы тел формулируется: изменение полной механической
энергии неконсервативной системы тел равно суммарной работе любых неконсервативных сил, действующих на тела системы.
Если в системе неконсервативные силы отсутствуют: AНК 0
тогда система тел будет являться консервативной.
При этом |
|
|
|
E 0 |
E2 E1 |
||
|
|
|
|
E const
Закон сохранения энергии формулируется:
полная механическая энергия консервативной системы тел сохраняется (не меняется, остаётся
величиной постоянной).
5.2. Закон сохранения импульса
Рассмотрим механическую систему, состоящую из n
тел, которые могут взаимодействовать как между собой (это внутренние силы), так и с внешними телами (это внешние силы).
Те и другие силы взаимодействия могут быть как |
|
|
консервативными, так и неконсервативными. |
|
|
Внутренние силы обозначим символами Fij |
. |
|
Внешние силы, действующие на каждое из тел, |
|
|
обозначим как F |
. |
|
k |
|
|
F1
F2
1 |
F12 |
F21 |
2 |
|
|
F2n
Fn2 Fn Fn
Запишем для каждого из тел второй закон Ньютона в его наиболее общей форме.
|
dp1 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
F |
F |
F |
F |
||||
|
|
||||||||
|
dt |
12 |
13 |
1n |
1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dp2 |
|
|
|
|
||||
|
F |
F |
F |
F |
|||||
|
|
|
|
||||||
|
dt |
21 |
23 |
2n |
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
- - - - - - - - - - |
|
|
|
|
|
dpn |
|
|
- - - - - - - - - - - - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
F F F |
F |
|
|
||||
|
|
|
|
||||||
|
dt |
n1 |
n2 |
n 1,n |
k |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Просуммируем левые и правые части равенств.
По третьему закону Ньютона сумма всех внутренних сил равна нулю, поскольку они
попарно равны по модулю и противоположны по направлению.
При сложении равенств получим следующее выражение:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
p1 |
p2 |
pn F1 |
F2 |
Fk |
|
|
dt |
Результирующим импульсом системы
тел называется векторная сумма импульсов отдельных тел
p1 p2 pn p
Векторная сумма действующих на систему сил есть
равнодействующая всех внешних сил.
F1 F2 Fk Fвнеш.