Сохранение импульса
Сумма импульсов до взаимодействия тел равна сумме импульсов после взаимодействия: M1v1 = M2v2
Закон сохранения импульса утверждает, что сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная.
Импульс – векторная величина, равная произведению инертной массы на скорость.
Инертная масса - мера инерции объекта, она характеризует сопротивление изменению состояния движения, когда к телу приложена внешняя сила. Чем меньше инертная масса объекта, тем быстрее изменяется его скорость.
Взаимодействие двух тел может быть разным по продолжительности: от медленного и непрерывного движения планеты вокруг Солнца до удара при падении с большой высоты. Больше масса толкающего тела, то после столкновения оно не остановится, а продолжит свое движение с меньшей скоростью. Больше масса толкаемого тела - толкающее тело после удара отскочит от него. Тела с магнитами вместо пружинок будут взаимодействовать друг с другом на больших расстояниях. Все эти столкновения - упругие. Если же тела намазать чем-то липким, то при столкновении они склеятся и будут двигаться вместе, т. е. такое столкновение — неупругое. При разных массах сталкивающихся тел скорость перераспределяется между телами.
Во всех случаях взаимного отталкивания тел, когда в начальный момент скорость была равна нулю, Мv = Мv2=0, при отталкивании тел, т. е. при движении в разные стороны, импульс сохранялся нулевым, а величина Мv2 не может быть равной нулю, поскольку для каждого тела она положительна, и они не могут взаимно уничтожиться.
Закон сохранения энергии.
Кинетическая энергия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек.
Ек = Mv2/2
Потенциальная энергия - часть механической энергии системы тел; работа, которую необходимо совершить против действующих сил, чтоб перенести тело из некой точки отсчёта в данную точку.
Eп =mgh, где m - масса тела, g=9.8, h - расстояние, за ноль принимется поверхность Земли.
Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, заключающийся в том, что энергия замкнутой системы сохраняется во времени. Энергия не может возникнуть из ничего и не может в никуда исчезнуть, она может только переходить из одной формы в другую.
Ек + Еп = const
В классической механике закон проявляется в сохранении механической энергии (суммы потенциальной и кинетической энергий). В термодинамике закон сохранения энергии называется первым началом термодинамики и говорит о сохранении энергии в сумме с тепловой энергией.
Закон сохранения заряда
Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы, сохраняется.
q1 + q2 +q3 + … + qn = const
Изменение заряда в любом наперёд заданном объёме равно потоку заряда через его границу. Заряд исчезает в одной точке пространства и мгновенно возникает в другой. Однако, такой процесс был бы релятивистски неинвариантен: из-за относительности одновременности в некоторых системах отсчёта заряд появился бы в новом месте до того, как исчез в предыдущем, а в некоторых — заряд появился бы в новом месте спустя некоторое время после исчезновения в предыдущем. То есть был бы отрезок времени, в течение которого заряд не сохраняется.
Момент силы и момент импульса. Закон сохранения момента импульса
Закон сохранения момента импульса определяет динамику галактик, планет и элементарных ядерных частиц. Момент импульса тела по величине равен произведению импульса тела на расстояние до оси вращения: М = mvr .
Для сил, способных вызвать вращение тел, в физике используется понятие момента силы. Его величина определяется произведением расстояния от точки приложения силы до центра вращения на компоненту силы, перпендикулярную этому направлению
При отсутствии действия внешних сил действует закон сохранения импульса для поступательного движения и момента импульса — для вращения.
Скорость тела, совершающего круговое движение, выражается через длину окружности, деленную на период Т: v = 2πr/Т. Тогда момент импульса L. можно выразить через период вращения:
L = mvr = m (2πr/Т) г2.
Момент импульса при вращении зависит не только от массы и скорости тела, но и от положения точки, в которой находится масса тела. В силу изолированности системы момент импульса должен сохраняться L = mωr2.Момент импульса является векторной величиной, поэтому в изолированной системе сохраняется не только его значение, но и направление.
Во вращающейся системе момент импульса не может быть произвольной величины, для него существует естественная минимальная единица - около 10-34 кг•м2/с, такая малая величина способна управлять атомом.
Законы сохранения и их связь со свойствами пространства и времени.
Пространство и время не связаны между собой, они представляют как бы арену, где происходят события. Однородность и изотропность пространства и времени необходимо следуют из законов Ньютона.
С однородностью времени оказался связан закон сохранения энергии, с однородностью пространства — закон сохранения импульса, с изотропией — закон сохранения момента импульса. Перечисленные законы сохранения потому и стали великими, что связаны и определяются свойствами симметрии пространства и времени.Многим творениям человеческих рук симметричная форма придается как из эстетических, так и практических соображений. Симметрия широко распространена в природе (вспомним причудливую симметрию снежинок).Зеркальная симметрия в геометрии относится к операциям отражения или вращения. Она была особо почитаема на древнем Востоке, что отражено в орнаментах и скульптурах той эпохи. Западное искусство, напротив, смягчало и даже слегка нарушало строгую симметрию.Действие факторов филогенетической эволюции, стремившейся вызвать наследственное различие между правым и левым, тормозилось теми преимуществами, которые животное извлекало из зеркально-симметричного расположения своих органов. Наибольшей симметрией обладают кристаллы, но не у всех из них наблюдается зеркальная симметрия.
Понятия симметрии играют в жизни человека важную роль. Природа красива и требует для своего описания красивых уравнений. Возможность записать законы природы с помощью математического кода — величайшее открытие человечества.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему