5.2 Закон сохранения момента импульса

Вращательное движение отдельного тела определятся уравнениями

, ,

где - момент импульса тела относительно некоторой точки О через которую проходит ось вращенияZ(рис 5.2).

Модуль момента импульса тела (материальной точки)

.

Учитывая, что , а- есть радиус вектор, соединяющий точку О с центром инерции тела, то можно записать

где - плечо вектораотносительно точки О.

Вектор направлен вдоль осиZ и совпадает с поступательным движением правого винта (буравчика), если он вращается от вектора кпо кратчайшему пути.

Закон сохранения момента импульса отдельного тела определяется из соотношения

.

Если .

Если результирующий момент M всех внешних сил, действующих на тело, равен нулю, то момент импульса тела остаётся постоянным.

Рассмотрим систему из двух тел вращающихся вокруг оси проходящей через точку О взаимодействующих между собой и с внешними телами

(рис 5.3)

.

В произвольный момент времени t моменты импульсов этих тел ,.

Изменение момента импульса каждого из тел обусловлено действием как внутренних, так и внешних моментов сил .

где ,,.

Изменение момента импульса системы тел

+= (5.5)

где

При составлении равенства (5.5) учтено, чтои.

Так как и векторное произведение двух параллельных векторов, то , и

(5.6)

Рассмотрим два случая:

1)если суммарный момент внешних сил =0 (система замкнутая)0,=const.

2)если система не является замкнутой, то =

где -суммарный момент всех внешних сил, действующих на систему.

В замкнутой системе геометрическая сумма моментов импульсов тел всегда остается постоянной

, (5.7)

где- угловая скорость вращенияi-го тела системы в момент времени t.

5.3 Закон сохранения энергии

Движущаяся система тел обладает кинетической энергией. Изменение кинетической энергии может быть обусловлено работой как консервативных F_конс, так и неконсервативных сил F_неконс:

dE_к = A_конс + А_неконс.

Работа, совершаемая консервативными и не консервативными силами

A_конс = – dE_п,

А_неконс= dE_к + dE_п= d(E_к + E_п). (5.8)

Изменение полной механической энергии обусловлено работой только неконсервативных сил.

Если на систему действуют только консервативные силы, то А_неконс=0 а полная механическая энергия остаётся постоянной (dE=0, E=const).

В замкнутой консервативной системе, в которой взаимодействие с внешними телами отсутствует, могут происходить лишь взаимные превращения кинетической и потенциальной энергии. При этом убыль кинетической энергии всегда равна приращению потенциальной и наоборот.

Если внутри замкнутой системы действуют неконсервативные силы, например силы трения, то механическая энергия такой системы уменьшается, превращаясь в другие, немеханические виды энергии. Мерой этого превращения является работа, совершаемая неконсервативными силами.

Если система не замкнута и не консервативна, то изменение полной механической энергии при ее переходе из одного механического состояния в другое равно алгебраической сумме работ всех внешних и внутренних неконсервативных сил, действующих на систему в процессе этого перехода.