2.3.4. Закони збереження в механіці

Рух тіла можуть характеризувати такі фізичні величини, як імпульс та енергія. Взаємодії бувають електромагнітні, гравітаційні, ядерні. Група об’єднаних за певною спільною ознакою тіл, на які не діють інші тіла або дія яких несуттєва за даних умов, називається замкнутою (ізольованою) системою.

Імпульс – міра механічного руху, що дорівнює добутку маси тіла на його швидкість .Імпульс – величина векторна, напрямлена так само, як і швидкість тіла. Під дією сили імпульс тіла в загальному випадку змінюється як за значенням, так і за напрямком.

Імпульс сили – це фізична величина, яка описує взаємодію тіл і дорівнює добутку сили на час її дії.

Якщо два тіла взаємодіють лише одне з одним, то сума їхніх імпульсів до взаємодії і після взаємодії залишається однаковою. У замкнутій (ізольованій) системі сума імпульсів тіл за будь-яких взаємодій між ними залишається сталою.

Якщо після удару розміри і форма взаємодіючих тіл повністю відновлюються, то такий удар називають абсолютно пружним.

Якщо взаємодіючих тіла утворюють нове тіло, маса якого дорівнює сумі мас тіл, що взаємодіяли, то такий удар називають непружним.

Рух який відбувається внаслідок відділення частини системи, називають реактивним.

Робота (у фізиці) – величина, що характеризує перетворення енергії одного виду в інший, яке відбувається у даній фізичній системі. Робота (у механіці) – міра дії сили і залежить від значення, напряму цієї сили та переміщення точки її прикладання.

Фізична величина, що описує стан тіла і зміна якої визначає роботу, називається енергією.

Кінетичну енергію має тіло, яке в даній системі відліку рухається з певною швидкістю: (2.23)

Робота сили тяжіння визначається положенням точок на початку та в кінці руху і не залежить від форми траєкторії. Тобто, робота сили тяжіння під час руху тіла по замкнутій траєкторії дорівнює нулю.

Коли робота сили не залежить від форми траєкторії, а визначається початковим і кінцевим положенням тіла, користуються поняттям потенціальної енергії: (2.24)

Робота сил пружності залежить не від форми траєкторії, а лише від початкової і кінцевої деформацій тіла: (2.25)

Робота сил тертя: (2.26)

Повна механічна енергія тіла дорівнює сумі його кінетичної і потенціальної енергій: Закон збереження і перетворення механічної енергії: якщо в замкнутій системі діють лише сила пружності або тяжіння, то повна механічна енергія системи залишається сталою. Взаємних перетворень зазнають кінетична і потенціальна енергії.

Потужність – це фізична величина, яка характеризує швидкість виконання роботи: (2.27)

Для оцінювання втрат під час перетворення енергії користуються коефіцієнтом корисної дії: . (2.28)

Наука про рух рідин і газів називається гідродинаміка. Швидкість руху однорідної, нестисливої і нев’язкої рідини в трубі змінного перерізу обернено пропорційна площі її поперечного перерізу: . (2.29)

Закон Бернуллі: під час протікання однорідної нестисливої нев’язкої рідини через трубу змінного перерізу тиск буде більшим там, де швидкість її протікання менша, і навпаки. Для будь-якого перерізу горизонтальної труби, через яку протікає нестислива і нев’язка рідина: (2.30)