Иногда очень полезно до предела сокращать и упрощать формулировки. Особенно это касается формулировок физических законов из современных школьных учебников. Но и в интернете очень часто присутствуют длинные и запутанные определения, которые весьма затруднительно использовать при решении задач.
В коротком определении остается только самое существенное. Нужно стараться всегда умещать мысль в одну строку.
Сформулируем кратко, что мы знаем про законы механического движения.
1) Существуют системы отсчета, в которых выполняются следующие законы:
2) Масса есть коэффициент пропорциональности между силой и ускорением.
3) При взаимодействии силы действия равны попарно силам противодействия.
4)В замкнутой механической системе сохраняются такие ее параметры, как
4.1) сумма импульсов тел
4.2) сумма моментов импульсов тел
4.3) энергия системы (сумма всех энергий всех тел системы)
Первые три - это три закона Ньютона, вторые три - законы сохранения.
Запишем эти законы еще короче. В виде уравнений для замкнутой системы двух тел.
Но, для начала, посмотрите в интернете или в учебнике, что такое система отсчета и что такое замкнутая механическая система!
Итак, первый закон просто гласит, что существуют такие системы отсчета, что при отсутствии ненулевой результирующей силы, действующей на тело, оно движется в этой системе отсчета без ускорения.
Второй закон запишем немного по другому и "поиграем" формулировками.
Что мы видим? Операцию скалярного деления векторов? А такая бывает? - спросите вы. Только для векторов, лежащих на одной прямой. Это я прямо сейчас придумал. Это, кстати, вопрос!
Из такого написания привычной нам формулы сразу видно, что сила и вызванное ей ускорение всегда лежат на одной прямой. И даже направлены всегда в одну сторону. Если, конечно, наша масса не отрицательная. Поэтому массу и называют мерой инерции. Чем больше масса, тем меньшее ускорение получает тело при одной и той же приложенной силе.
Собственно, как не называй, суть заключается в том, что в инерциальной системе отсчета между приложенной к телу силой и полученным телом ускорением существует прямая зависимость с коэффициентом m.
Третий закон для двух взаимодействующих между собой тел запишем так:
Вообще-то Сэр Ньютон написал все это в основном в приложении к своему знаменитому Закону всемирного тяготения. Поэтому сразу можете себе представить два притягивающихся тела, например, Солнце и Землю или Землю и Луну. Закон простой и понятный.
Суть его в том, что ускорения, получаемые двумя взаимодействующими между собой телами обратно пропорционально массам этих тел. У которого больше масса, у того меньше ускорение.
Но самое удивительное, что силы по модулю одинаковы.
Я такой же сильный, как вся планета Земля. Я притягиваю Землю с силой 800 Ньютонов. Как и она меня.
Если тел более чем два, то нужно использовать принцип суперпозиции. Он простой. Посмотрите в интернете, если забыли.
Закон сохранения импульса системы следует прямо из второго и третьего законов Ньютона.
В замкнутой системе из двух тел в инерциальной системе отсчета:
Если это уравнение продифференцировать, то получим:
В общем это все один закон. Который,по сути, описывается одними уравнениями.
Закон сохранения момента импульса - это "закон про волчок". Тот который крутится, стоя на тонкой оси вертикально. Причем он может на ней стоять только пока крутится.
Мы его потом рассмотрим, когда научимся векторному произведению векторов.
Благодаря тому, что выполняется этот закон, существуют гироскопы. Посмотрите, кто пожелает, что это такое и как работает, в интернете!
Закон сохранения энергии - самый интересный и познавательный закон из этой шестерки.
Если посмотреть на таблицу размерностей на странице 32 в нашем учебнике , то наверняка сразу бросится в глаза, что в ней очень много физических величин с размерностью Дж (Джоуль).
В основном это какая-то энергия или какая-то работа. Все эти величины с размерностью Джоуль можно складывать и вычитать между собой.
И это замечательно тем, что с помощью этих величин можно численно рассчитывать сложные физические процессы в которых осуществляется связь между различными физическими явлениями. Электромагнитными, тепловыми, механическим движением и т.п.
Так вот:
энергия в замкнутых физических системах сохраняется
В замкнутой физической системе (в той из которой ничего никуда не уходит и ничто ниоткуда не появляется) сумма энергий всех ее частей всегда постоянна.
То есть, если у нас есть тепловой двигатель в котором энергия сгорания имеющегося топлива равна 1000 Дж. И при этом он произвел механическую работу 500 Дж, затратив все свое топливо. То мы тут же можем сказать, что оставшиеся 500 Дж, не перешедшие в механическую работу, пошли на разогрев деталей двигателя и еще на какие-то другие энергозатратные внутренние процессы. Не 300 и не 600, а именно 500 Дж!
Но если Детали двигателя в нашем двигателе нагрелись только на 300 Дж (и мы это посчитали точно), то оставшиеся 200 Дж пошли на что-то другое, на нагрев воздуха вокруг, например. И в таком случае наш двигатель нельзя рассматривать без окружающего воздуха в качестве замкнутой системы.
И в заключение. Чем отличается энергия от работы?
Тут все очень просто. Энергия - это характеристика объектов (тел) системы. Если кинетическая энергия тела равна 100 Дж и потенциальная энергия тела равна 200 Дж, то полная механическая энергия данного тела равна 300 Дж. Это понятно.
Работа - это величина изменения энергии объектов. Если над нашим телом с полной механической энергией в 300 Дж совершили работу (для простоты механическую) в 100 Дж, то его полная механическая энергия изменится на 100 Дж. И станет либо 200 Дж либо 400 Дж. В зависимости от того на увеличение или на уменьшение энергии была направлена работа.
Первому, кто найдет ошибку в последних двух абзацах, будет вручен приз от нашего спонсора - цифровая ручка. Которая запоминает в цифровом виде все ваши записи и может так же использоваться в качестве простого графического планшета .
Свои замечания пишите в комментариях в нашей Группе в Facebook!