Силы в механике. Законы Ньютона

Законы сохранения в физике. Сохранение импульса, момент импульса. Энергия в механике

Закон сохранения механической энергии: в системе тел, между кот действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т. е. не изменяется со временем. Могут происходить лишь превращения кинетической энергии в потенциальную и обратно в эквивалентных количествах, так что полная энергия остается неизменной. Закон со­хранения и превращения энергии — фундаментальный закон природы, он справедлив как для систем макроскопических тел, так и для систем микротел. Т.еэнергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в другой. В этом и заключает­ся физическая сущность закона сохранения и превращения энергии.Векторная величина p=mv,численно равная произведению массы ма­териальной точки на ее скорость и име­ющая направление скорости, называется импульсом (количеством движения) этой мат точки. Закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы мат точек остается постоянным, т. е. не изменяется с течением времени. Моментом импульса относительно не­подвижной оси z называется скалярная величина L_z, равная проекции на эту ось вектора момента импульса, определенного относительно произвольной точки О дан­ной оси. L_iz = т_iv_ir_{i .} Момент импульса твердого тела отно­сительно оси есть сумма моментов импуль­са отдельных частиц:

 

Таким образом, момент импульса твердого тела относительно оси равен произведе­нию момента инерции тела относительно той же оси на угловую скорость. Энергия — универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. С различными формами движения мате­рии связывают различные формы энергии: механическая, тепловая, электромагнитная, ядерная и др. В одних явлениях форма движения материи не изменяется (например, горячее тело нагревает холод­ное), в других — переходит в иную форму (например, в результате трения механическое движение превращается в тепло­вое). Однако существенно, что во всех случаях энергия, отданная (в той или иной форме) одним телом другому телу, равна энергии, полученной последним телом.

Работа. Мощность. Энергия

Механическая работа -это физ величина, являющаяся кол-ннойхар-кой действиясилы F на процесс γ(t), зависящая от численной величины и направления силы и от перемещения точки ее приложения. Единицей измерения работы в СИ является Джоуль. dA=Fds(ds-перемещение частицы за время dt)

Мощность — работа, совершаемая в единицу времени. (P=A/t). Если на движущееся тело действует сила, то эта сила совершает работу. Мощность в этом случае равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется тело: P=F*v*cosL.(α — угол между вектором скорости и силы). В системе СИ единицей измерения мощности является ватт, равный одному джоулю, делённому на секунду.

Энергия — скалярнаяфиз величина, являющаяся единой мерой различных форм движенияматерии и мерой перехода движения материи из одних форм в др. Внутренней энергией какого-либо тела называется энергия этого тела за вычетом кинетич энергии тела как целого и потенциальной энергии тела во внешнем поле сил. Энергия вращательного движения — энергия тела, связанное с его вращением. Основные кинематические характеристики вращательного движения тела — его угловая скорость (ω) и угловое ускорение. Основные динамические характеристики вращательного движения — момент импульса относительно оси вращения z и кинетическая энергия. Кинети́ческаяэне́ргия(T=mv^2/2) — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. Единица измерения в системе СИ — Джоуль. Потенциальная энергия — скалярнаяфиз величина, хар-щая способность некоего тела (или мат точки) совершать работу за счет его нахождения в поле действия сил. U = mgh. Кинетическая энергия характеризуется скоростью; потенциальная — взаиморасположением тел. Величину, равную сумме кинетич и потенциальн энергий, называют полной мех энергией. E=T+U. Энергия покоя представляет собой внутр энергию частицы, не связанну с движением частицы как целого. E₀=mc².

Работа электрического поля

При перемещении пробного заряда q в электрическом поле электрические силы совершают работу.

Работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда.Работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю. Силовые поля, обладающие этим свойством, называют потенциальными или консервативными.

 

Двойное лучепреломление

Двойно́елучепреломле́ние -эффект расщепления в анизотропных средах луча света на две составляющие. Впервые обнаружен на кристалле исландского шпата. Если луч света падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то на этой поверхности он расщепляется на два луча. Первый луч продолжает распространяться прямо, и называется обыкновенным, второй же отклоняется в сторону, нарушая обычный закон преломления света, и называется необыкновенным. Нарушение закона преломления света необыкновенным лучом связанно с тем, что скорость распространения света (а значит и показатель преломления) волн с такой поляризацией, как у необыкновенного луча, зависит от направления. Для обыкновенной волны скорость распространения одинакова во всех направлениях.

 

Рассеяние света

Это отклонение распространяющегося в среде светового пучка во всевозможных направлениях. Свет рассеивается на неоднородностях среды, на частицах и молекулах, при этом меняется пространственное распределение интенсивности, частотный спектр, поляризация света. Рассеяние света зависит от частоты света, размера рассеивающих частиц. Рассеянием солнечного света на молекулах воздуха объясняется голубой цвет неба, а рассеянием на частицах пыли и водяных парах - яркие зори при восходе и заходе Солнца. По рассеянию света изучают строение молекул, жидкостейи т. п.

 

Силы в механике. Законы Ньютона

Механика -область физики, изучающая движение материальных тел и взаимодействие между ними. Сила -векторная физическая величина,мера интенсивности воздействия на тело других тел и полей.Под действием сил тела либо изменяют скорость движения, т. е. приобретают ускорения (динамиче­ское проявление сил), либо деформируют­ся, т. е. изменяют свою форму и размеры (статическое проявление сил). В каждый момент времени сила характеризуется чис­ловым значением, направлением в про­странстве и точкой приложения. Первый закон Ньютона:.(зак.инерции)Существуют такие системы отсчета,относительности которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной,если на него не действуют другие тела(или действие других тел компенсируется. Первый закон Ньютона выполняется не во всякой системе отсчета. Характер движения зависит от выбора системы отсчета. Система отсчета, в кот выполняется I-ый закон Ньтона называется инерциальной. Сам закон иногда называют законом инерции. Стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью.Второй закон Ньютона:Произведение массы тела на его ускорение равно равнодействующей на тело силе.

a = F/m, единица силы в СИ—ньютон(Н): 1 Н—сила, кот массе в 1 кг сообща­ет ускорение 1 м/с² в направлении дейст­вия силы: 1 Н=1 кг•м/с².

Взаимодействие междумат точками (телами) определяется третьим законом Ньютона: силы, с кот действуют друг на друга взаимодействующие тела, равны по величине и противоположны по направлению: F ₁₂=- F _2I. Из третьего закона вытекает, что силы возникают попарно: всякой силе, приложенной к какому-то телу, можно сопоставить равную ей по величине и противоположно направленную силу, приложенную к др телу, взаимодействующему с данным.

2. Момент инерции тела. Момент импульса тела

Моментом инерции системы (тела) отно­сительно оси вращения называется физи­ческая величина, равная сумме произведе­ний масс n материальных точек системы на квадраты их расстояний до рассматри­ваемой оси. Из определения видно, что момент инерции есть величина аддитивная(момент инерции тела=сумме моментов инерции его частей).

Если известен момент инерции тела относительно оси, проходящей через его центр масс, то момент инерции относи­тельно любой другой параллельной оси определяется теоремой Штейнера: момент инерции I относительно произвольной оси равен сумме момента инерции I_cотносительно оси, параллельной данной и проходящей через центр масс тела, и произведения массы тела на квадрат расстояния a между ними: J=J_c + ma².

Для отдельно взятой частицы моментом импульса относительно точки О называется псевдовектор .Момент импульса системы относительно точки О называется векторная сумма моментов импульсов частиц, входящих в систему . Проекция вектора на некоторую ось z называется моментом импульса частицы относительно этой оси.