Законы сохранения в механике

Видео: Физика: подготовка к ОГЭ и ЕГЭ. Работа. Закон сохранения энергии

В учебных заведениях мудрые преподаватели рассказывают своим ученикам о том, что существует закон сохранения в механике. Его смысл заключается в том, что энергия в замкнутой системе не может безвозвратно исчезать, растрачиваясь на выполнение какой-либо работы. При таких процессах имеет место не исчезновение, а преобразование энергии одного вида в другой. К примеру: щелчок выключателем – и электрическая лампочка ярко вспыхивает. Счетчик исправно считает затраченные ватты энергии. Куда же она пропадает? Все просто: электрический ток совершает работу, при этом энергия преобразуется в излучение и нагрев. Другими словами, законы сохранения в механике актуальны для любого механического устройства (или даже электрического – отличие лишь в разновидности изначальной энергии и названии одного и того же явления). Фактически, закон сохранения является фундаментальным принципом, в соответствии с которым живет вся Вселенная.

Видео: Законы сохранения в механике

Прежде всего, необходимо определиться, что такое кинетическая и потенциальная энергия. Если говорить упрощенно, то первая представляет собой энергию движения тела, характеризующая выполняемую телом работу. А вторая является временно нереализованной энергией системы тел, определяемой характером взаимодействия и расположением объектов в самой системе. Вполне закономерно, что термин произошел от латинского слова, означающего «возможность». В механике эти две разновидности энергии преобразуются одна в другую.

Законы сохранения в механике работают следующим образом. К примеру, предмет, подброшенный вверх, в момент получения импульса обладает максимальным значением кинетической энергии. Соответственно, скорость его движения наивысшая именно в начальный момент. Постепенно она снижается, так как кинетическая энергия преобразуется в потенциальную. В результате предмет замедляется и останавливается. Это означает, что весь его запас изначальной энергии импульса был преобразован в потенциальную и накоплен в системе. Далее благодаря гравитационному воздействию предмет начинает падение. Потенциальная энергия преобразуется обратно в кинетическую. Нетрудно догадаться, что в начальный момент движения скорость минимальна, но постепенно возрастает, так как увеличивается значение кинетической энергии системы. Стоит отметить, что в данном случае, несмотря на воздействие магнитного поля Земли (дополнительного импульса), общая сумма энергий системы остается неизменной.

Видео: Импульс. Энергия. Законы сохранения в механике. Часть 1

Чтобы лучше понять законы сохранения в механике, имеет смысл обратиться к собственному жизненному опыту. Наверняка, в детстве каждый ронял на металлическую основу небольшой, но массивный шарик или обыкновенный мячик. При этом он подпрыгивал вверх и снова падал. Так повторялось до тех пор, пока движение самопроизвольно не прекращалось. А как же закон сохранения энергии в механике? Ведь, по логике, потенциальная энергия падающего мяча должна в полной мере преобразовываться в кинетическую, и наоборот. Почти «вечный двигатель». Неужели в этом случае законы сохранения в механике не выполняются? На самом деле в этой ситуации на систему оказывает влияние трение о молекулы воздуха и внутренние деформации поверхности и мяча. Именно они «крадут» свою часть энергии, из-за чего шар постепенно перестает подпрыгивать (кстати, поэтому в рамках классической механики невозможно создание вечного двигателя).

Универсальность законов сохранения позволяет использовать их не только при расчетах взаимодействия систем макромира, но и, частично, в микромире. Ни траектория движения, ни вид действующих на систему сил не влияет на результат – законы сохранения работают!