Zakony-sohraneniya-v-dinamike

1.

Законы сохранения в динамике
Фундаментальные
принципы
Законы сохранения являются краеугольным камнем физики. Они
описывают величины, которые остаются неизменными в замкнутой
системе, независимо от происходящих в ней процессов. Понимание этих
принципов имеет решающее значение для анализа движения и
взаимодействия тел.
В этом обзоре мы рассмотрим три ключевых закона сохранения:
импульса, энергии и момента импульса, и их роль в
современной науке и технике.

2.

Закон сохранения импульса
От классики до современных применений
Импульс (или количество движения) — это векторная физическая величина, равная
произведению массы тела на его скорость.
В замкнутой системе суммарный импульс всех взаимодействующих тел остается
постоянным.
Этот закон применим к системам от столкновений бильярдных шаров до реактивного движения
космических аппаратов. Он лежит в основе понимания столкновений, взрывов и отдачи.

3.

Закон сохранения энергии
Всегда в движении, никогда не теряется
Закон сохранения энергии гласит: энергия не возникает из ниоткуда и не исчезает в никуда, она лишь переходит из одной формы в другую.
Электрическая
Тепловая
Движение заряженных частиц в проводнике.
Связанная с движением атомов и молекул.
Ядерная
Скрыта в связях атомных ядер (E=mc²).
Потенциальная
Связанная с положением тела в поле сил.
Кинетическая
Энергия движения самого тела.
Хотя полная энергия замкнутой системы сохраняется, на практике часто рассматривают механическую энергию (сумму кинетической и потенциальной),
которая может уменьшаться из-за диссипативных сил, таких как трение, переходя в тепло.

4.

Закон сохранения момента импульса
Вращение и стабильность
Момент импульса (или угловой момент) описывает количество
вращательного движения. Этот закон особенно важен для вращающихся
систем.
Момент импульса замкнутой системы остается постоянным, если на
систему не действуют внешние силы, создающие крутящий момент.
Вращение фигуриста: притягивая руки к телу (уменьшая радиус),
фигурист увеличивает скорость вращения, чтобы сохранить момент
импульса.
Стабильность гироскопов: гироскопы используют этот принцип для
обеспечения ориентации и стабилизации.
Движение планет: орбитальный момент импульса Земли и других
планет сохраняется.
Принцип гироскопа
Обеспечивает стабильность велосипедов, спутников и навигационных
систем.

5.

Нарушение законов сохранения?
В классической механике законы сохранения абсолютно соблюдаются. Однако в мире квантовой физики и на границах применимости некоторых
теорий возникают нюансы.
Теорема Нётер
Несохранение массы
Квантовые осцилляции
Эта фундаментальная теорема связывает
Масса не сохраняется в отдельности; она
каждый закон сохранения с определенной
В квантовой механике сохраняется полная
переходит в энергию согласно знаменитому
симметрией пространства-времени.
энергия, но некоторые величины, такие как
уравнению Эйнштейна E=mc^2, подчеркивая
Например, закон сохранения энергии связан
четность, могут быть нарушены при слабых
сохранение полной энергии-массы.
с однородностью времени.
взаимодействиях (как в случае распада
бета).

6.

Практическое значение
От космических полетов до нанотехнологий
Понимание законов сохранения позволяет инженерам и ученым проектировать эффективные и надежные системы, от
самых больших до самых малых.
1
Космическая навигация
Использование закона сохранения импульса для маневрирования и коррекции орбит спутников и зондов.
2
Энергетические системы
Разработка возобновляемых источников энергии (ветровые турбины, гидроэлектростанции) основана на
преобразовании энергии.
3
Нанотехнологии
Контроль над движением и взаимодействием на атомарном уровне для создания новых материалов и устройств.
4
Транспортные технологии
Проектирование безопасных автомобилей и поездов, использующих энергию и импульс для поглощения удара.