- •Мультимедийные лекции по физике
- •Тема 5. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ
- •5.1. Законы сохранения в классической механике
- •Однородность времени отражает тот факт, что результат опыта не зависит от времени его
- •Важно понять условия, при которых выполняется тот или иной закон сохранения.
- •Силы, которые действуют на тела системы со стороны внешних тел, называются внешними.
- •Реальным приближением к замкнутой системе служит система:
- •Механическая система называется консервативной,
- •5.2. Закон сохранения механической энергии
- •dEk dAконс.вн. dAнеконс.вн.
- •dAконс.внеш.
- •Работа внутренних консервативных сил равна убыли потенциальной энергии взаимодействия точек системы друг с
- •Подставим это в уравнение для dEK и перенесем в левую часть.
- •Потенциальная энергия механической системы Eп складывается из
- •Таким образом,
- •Пусть в системе неконсервативные силы отсутствуют, тогда система будет консервативной:
- •5.2. Закон сохранения импульса
- •Внутренние силы обозначим символами F
- •Запишем для каждого из тел второй закон Ньютона в его наиболее общей форме.
- •Просуммируем левые и правые части равенств.
- •Векторная сумма импульсов всех тел называется импульсом системы:
- •Тогда можно переписать
- •Тогда
- •На практике достаточно часто приходится иметь дело со взаимодействием тел в условиях, когда
- •5.3. Закон сохранения момента импульса
- •Изменение момента импульса каждой из частиц системы обусловлено действием моментов внутренних и внешних
- •Векторная сумма моментов импульсов всех частиц системы называется моментом импульса 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
dAконс.внеш.
– работа внешних консервативных сил;
dAнеконс.внеш.
- работа внешних неконсервативных сил.
Работа внутренних консервативных сил равна убыли потенциальной энергии взаимодействия точек системы друг с другом:
dAконс.вн dEп1
Работа внешних консервативных сил равна убыли потенциальной энергии системы во внешних потенциальных полях:
dAконс.внеш. dEп2
Подставим это в уравнение для dEK и перенесем в левую часть.
dEK dEп1 dEп2
dAнеконс.вн. dAнеконс.внеш.
или
d(EK Eп1 Eп2 )
dAнеконс.вн. dAнеконс.внеш.
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
Приращение полной механической энергии:
dE d(EK Eп )
Таким образом,
dE dAнеконс.вн. dAнеконс.внеш.
После интегрирования получим:
E2 E1 Aнеконс.вн. Aнеконс.внеш.
Последнее выражение запишем короче:
E AНК
E AНК
Приращение полной механической энергии системы материальных точек неконсервативной системы равно алгебраической сумме работ любых неконсервативных сил, действующих на точки системы.
Данная формулировка выступает как закон сохранения полной механической энергии для неконсервативной системы тел.
Пусть в системе неконсервативные силы отсутствуют, тогда система будет консервативной:
Aнеконс.вн. 0; Анеконс.внеш. 0
Тогда |
|
|
|
E 0 |
E2 E1 |
||
|
|
|
|
E const
Формулировка закона сохранения энергии:
полная механическая энергия консервативной системы 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.
Силы взаимодействия могут быть как консервативными, так и неконсервативными.
F1
F2
1 |
F12 |
F21 |
2 |
|
|
F2n
Fn2 Fn Fn
Внутренние силы обозначим символами F |
. |
|||
|
|
|
ij |
|
Внешние силы, действующие на каждое из тел, |
|
|||
обозначим как |
|
F . |
|
|
|
|
i |
|
|
|
F1 |
|
F2 |
|
|
F |
12 F21 |
|
|
1 |
2 |
|
||
|
|
|||
|
|
|
||
|
|
|
F2n |
|
Fn2
FnFn