6. Фундаментальные взаимодействия.

Определение: Это огромное разнообразие природных систем, естествознание объясняет взаимодействием материальных объектов или материальных благ.

Виды материи:

1)Вещество (еще в древние века) – это все, что имеет массу (воздух тоже имеет массу)

2)Поле – это то, что действует на наши органы чувств (середина 19 века, Фарадей дал понятие «поле»)

3)Физический вакуум – это пустота. Из физического вакуума и произошла наша Вселенная (середина 50г. XXстолетия)

Причинами этих взаимодействий считают два свойства материальных веществ: масса и наличие заряда, или вместе, или имеет только одну массу.

Все взаимодействия относят к четырем видам: гравитационные взаимодействия, электромагнитные, сильные и слабые.

Гравитационные взаимодействия – (тяготения) оно проявляется во взаимном притяжении любых материальных тел имеющих массу.

В основе этого взаимодействия лежит закон Всемирного тяготения Ньютона. Радиус действия этого взаимодействия – бесконечность.

Тяготение – самое слабое из всех взаимодействий. Оно становится главным или доминирующим для больших масс, а они уже на Вселенной. На Земле таких масс нет!

В современном понятии существует поле тяготения с гравитационными волнами, скорость распространения которых равна скорости света в вакууме. Это вывел Эйнштейн в общей теории относительности (ОТО). Переносчиками этого поля являются гравитоны.

Электромагнитное взаимодействие – обусловлено в существовании в природе электрических зарядов и при их отсутствии не проявляются. Благодаря этому взаимодействию существуют атомы и молекулы, происходят все химические реакции, существует силы трения, упругости, поверхностного натяжения. Эти взаимодействия действуют на любых расстояниях между заряженными телами (бесконечность), но оно во много раз сильнее гравитационного. Переносчики электромагнитного взаимодействия это фотоны или кванты.

Получение, преобразование и использование этого взаимодействия – это фундамент современной техники (электрогенераторы, электродвигатели, электронагревательные приборы, средства освещения, телефон, телеграф, телевидение, компьютеры, телескопы – все носители информации основаны на этом взаимодействии).

Сильные взаимодействия обеспечивают существование атомных ядер. Это взаимодействие действует на расстоянии атомного ядра. Сильные взаимодействия самые мощные из всех взаимодействий и благодаря ему ядро атома очень устойчивая структура. Это взаимодействие сильнее электромагнитного примерно в 100 раз. Глюоны – переносчики этого поля.

Слабые взаимодействия проявляются в процессах β распада (+β и – β). Оно действует на расстоянии не более 10^-15м. Благодаря этому взаимодействию возможны термоядерные реакции – некие вионы.

7.Механика как основа многих технологий. Основные законы и понятия механики.

Механика – это наука о простейших форм движении материи – механическом движении, которое состоит в изменении взаимного расположения тел или их частей в пространстве с течением времени и происходящих при этом взаимодействиях между телами.

Абстрактные понятия:

1) Материальная точка объект пренебрежимо малых размеров, имеющий массу;

2) Абсолютно твердое тело. Тело, расстояние между двумя точками которого всегда остается неизменным;

3) Сплошная изменяемая среда. Это понятие применимо, когда при изучении движения изменяемой среды можно пренебречь молекулярной структуры среды. Сюда же примыкает понятие «идеальной жидкости» ни сжимаемости жидкости и идеального газа.

В каждом из этих разделов механики в соответствии с характером решаемых задач выделяют статику – учение о равновесии тел под действием сил, кинематику – учение о геометрических свойствах движении тел без учета их масс и действующих на них сил, динамику – учение о движении тел под действием сил.

Сюда же можно включить 3 закона Ньютона.

Законы сохранения импульса (старое название: кол-во движения), энергии и момента импульса (старое название: момента кол-во движения). Силы, действующие на тела механической системы можно подразделить на внутренние и внешние. В случае если внешние силы отсутствуют, система называется замкнутой. Для замкнутых систем существуют такие функции координаты скоростей, образующих систему материальных точек, которые сохраняют при движении постоянные значения. Эти функции носят названия интегралов движения. Для системы Материальных точек, между которыми нет жестких связей, можно записать (6n-1) интегралов движения. Однако интерес представляет только те из них, которые обладают свойств адетивности. Адетивность заключается в том, что значение интеграла движения для системы, состоящие из частей, взаимодействиям которых можно пренебречь, равно сумме значений для каждого из частей в отдельности. Один называется энергией, второй импульсом, третий моментом импульсом. В соответствии с этим имеет место три закона сохранения. Закон сохранения энергии, закон сохранения импульса и закон сохранения момента импульса. В основе закона сохранения энергии лежит однородность времени. Однородность времени означает равнозначность всех моментов времени. В основе закона сохранения импульса однородность пространства. Однородность пространства означает одинаковые свойства пространства во всех точках. В основе закона сохранения момента импульса лежит изотропность пространства. Изотропность пространства означает одинаковость свойств пространства по всем направлениям.

8.Законы сохранения и количества движения (импульса), энергии и момента количества движения, их применение в технике и технологиях. Принцип реактивного движения.

Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени. Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то его можно именовать не законом, а принципом сохранения энергии.

Примеры

Классическим примером этого утверждения являются пружинный или математический маятники с пренебрежимо малым затуханием. В случае пружинного маятника в процессе колебаний потенциальная энергия деформированной пружины (имеющая максимум в крайних положениях груза) переходит в кинетическую энергию груза (достигающую максимума в момент прохождения грузом положения равновесия) и обратно. В случае математического маятника аналогично ведёт себя потенциальная энергия груза в поле силы тяжести.

Закон сохранения импульса (Закон сохранения количества движения) утверждает, что векторная сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная.

В классической механике закон сохранения импульса обычно выводится как следствие законов Ньютона. Из законов Ньютона можно показать, что при движении в пустом пространстве импульс сохраняется во времени, а при наличии взаимодействия скорость его изменения определяется суммой приложенных сил.

Как и любой из фундаментальных законов сохранения, закон сохранения импульса описывает одну из фундаментальных симметрий, — однородность пространства.

Закон сохранения момента импульса (закон сохранения углового момента) — векторная сумма всех моментов импульса относительно любой оси для замкнутой системы остается постоянной в случае равновесия системы. В соответствии с этим, момент импульса замкнутой системы относительно любой неподвижной точки не изменяется со временем.

Закон сохранения момента импульса есть проявление изотропности пространства.

Закон сохранения импульса во многих случаях позволяет находить скорости взаимодействующих тел даже тогда, когда значения действующих сил неизвестны. Примером может служить реактивное движение.

При стрельбе из орудия возникает отдача – снаряд движется вперед, а орудие – откатывается назад. Снаряд и орудие – два взаимодействующих тела. Скорость, которую приобретает орудие при отдаче, зависит только от скорости снаряда и отношения масс. На принципе отдачи основано реактивное движение.

ВАРИАНТ №2

Законы сохранения.

Закон сохранения количества движения. Количество движения K замкнутой системы с течением времени не изменяется:

dk/dt = 0 ; ‘ Знак Сигма, сверху n, снизу i=1, под знаком m i * v i ‘ = const

Закон сохранения энергии. При любых процессах, происходящих в изолированной системе, ее полная энергия не изменяется:

W= Wк + Wп = const

Где Wк = (mV^2)/2 – кинетическая энергия тела, Wп – потенциальная

Закон сохранения момент количества движения. При отсутствии внешних сил момент количества движения L точки с течением времени не меняется:

dL/dt = 0