- •Іv. Змістовий модуль 3
- •Динаміка системи матеріальних точок. Закони збереження.
- •Теоретичне ядро
- •Механічні системи та їх класифікація.
- •Імпульс механічної системи. Рівняння імпульсу механічної системи.
- •Закон збереження імпульсу замкненої механічної системи.
- •Центр мас (центр інерції) системи матеріальних точок та його координати.
- •Рівняння руху центра мас. Закон збереження швидкості центра мас.
- •Момент імпульсу механічної системи. Закон збереження моменту імпульсу замкнених механічних систем.
- •Закон збереження і перетворення механічної енергії для консервативних механічних систем. Механічна енергія системи матеріальних точок.
- •Рівняння зміни повної механічної енергії системи.
- •Вивід закону збереження механічної енергії для консервативних механічних систем.
- •Фізична інтерпретація:
- •Загальне формулювання закону збереження, перетворення енергії.
- •Роль і значення законів збереження та їх зв’язок з геометричною симетрією простору та часу.
- •Пружні сили
- •Типи пружної деформації.
- •Закон Гука в загальній формі.
- •Закон Гука для різноманітних деформацій.
- •Коефіцієнт Пуассона
- •Пружна післядія і пружний гістерезис.
- •Потенціальна енергія пружної деформації тіла.
- •Густина енергії.
- •Елементи динаміки точки(тіла) змінної маси. Поняття про реактивний рух.
- •Основне рівняння динаміки точки змінної маси (рівняння Мещерського).
- •Формула Ціолковського.
- •Практичне заняття 3.1 Тема: Закон збереження імпульсу для замкненої механічної системи. Основні формули
- •Методичні вказівки
- •Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання
- •Практичне заняття 3.2 Тема: Закони збереження й перетворення механічної енергії консервативних систем. Основні формули
- •Методичні вказівки
- •Приклади розвязування задач.
- •Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання
- •Практичне заняття 3.3 Тема: Елементи динаміки тіла (точки) змінної маси Основні формули та методичні рекомендації
- •Приклади розв’язування задач
- •Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання
- •Перелік компетентностей третього змістового модуля
- •Питання для самоконтролю третього змістового модуля
- •Банк завдань до третього змістового модуля
- •Динаміка системи матеріальних точок. Закони збереження.
- •Розрахункові задачі
- •Закон збереження імпульсу для замкнутої механічної системи.
- •Закони збереження й перетворення механічної енергії консервативних систем.
- •Елементи динаміки тіла (точки) змінної маси
- •Якісні задачі Закон збереження імпульсу
- •Робота та енергія
- •Закон збереження енергії
Вивід закону збереження механічної енергії для консервативних механічних систем.
Якщо на систему не діють зовнішні сили, тобто система замкнена, то ;
(3-10)
Повна механічна енергія замкнутої механічної системи, в якій діють консервативні сили зберігає свою величину постійною, які б механічні зміни не відбувалися всередині системи.
Це і є закон збереження і перетворення механічної енергії, тобто закон збереження енергії слід розуміти і як закон її перетворення в інші типи в процесі зміни форми руху матерії.
Фізична інтерпретація:
Енергія може перерозподілятися між точками (тілами) механічної системи, тобто переходити з кінетичної в потенціальну, і навпаки але сумарне значення залишається постійним.
Якщо в ізольованій (замкненій) крім консервативних сил, діють неконсервативні сили, наприклад сили тертя, то механічна енергія зменшується, переходячи в іншу форму руху матерії – у внутрішню енергію, тобто енергію теплового руху. Сумарна механічна енергія і внутрішня енергія системи залишається постійною, тобто , тобто
Загальне формулювання закону збереження, перетворення енергії.
Енергія нікуди не зникає і не з’являється знову, а лише переходить від одного тіла (системи тіл) до другого тіла або системи тіл, перетворюючись з однієї форми або типу в іншу форму або тип, кількісно залишаючись незмінною.
Закон збереження енергії є найбільш загальним законом природи. Поряд з законом збереження маси він є проявом узагальненого закону збереження матерії та її руху, відкритого М.В. Ломоносовим в XVIII ст.
Роль і значення законів збереження та їх зв’язок з геометричною симетрією простору та часу.
а) Закони збереження основних динамічних характеристик механічного руху імпульсу, моменту імпульсу, механічної енергії мають місце для замкнених механічних систем. Закон збереження енергії виконується тільки в таких ізольованих системах, в яких діють консервативні сили.
б) Закони збереження мають універсальний характер, вони цінні своєю універсальністю та узагальненістю. Вони однаково застосовуються для будь-якого фізичного процесу, що протікає на будь-якому структурному рівні матерії: мега-, макро- або мікросвіті для будь-якої форми руху матерії (механічної, теплової, електродинамічної і т.д.).
в) Протягом усієї історії фізики – закони збереження єдині фізичні закони, що зберегли свою силу і значення при зміні одних фізичних теорій іншими (СТО Ейнштейна, квантова фізика).
г) Філософське (методологічне) значення: Закон збереження є прояв загального закону природи: закону збереження матерії та її руху.
Закони збереження, одержані як наслідки II і III законів Ньютона, які, як відомо, мають значно обмежені межі застосування порівняно з законами збереження. Закони збереження, як зазначено, мають значно ширший, більш узагальнений характер, порівняно з законами Ньютона. З цього логічного протиріччя випливає важливий висновок: існують більш загальні фундаментальні принципи, з яких можна одержати закони збереження, тобто вони мають більш глибокі корені. Такими принципами походження є властивості геометричної симетрії простору та часу; а саме з властивості однорідності часу випливає закон збереження механічної енергії; з властивості однорідності простору – закон збереження імпульсу; з властивості ізотропності простору – закон збереження моменту імпульсу.