Реферат: Законы сохранения в механике

[pic], де [pic] - сили, що діють на [pic]-ту частинку збоку інших частинок системи (внутрішні сили); [pic] – сила, що діє на цю ж частинку збоку інших тіл, які не входять в розглядувану систему (зовнішні сили). Підставивши останній вираз в попередній, отримаємо:

[pic].

Подвійна сума справа – це сума всіх внутрішніх сил. Відповідно до третього закону Ньютона сили взаємодії між частинками системи попарно однакові по модулю і протилежні за напрямком. Тому результуюча сила в кожній парі взаємодії дорівнює нулю, а тому дорівнює нулю і векторна сума всіх внутрішніх сил. В результаті рівняння прийме вигляд:

[pic], (15) де [pic] – результуюча всіх зовнішніх сил, [pic].

Рівняння (15) означає: похідна імпульсу системи по часу дорівнює векторній сумі всіх зовнішніх сил, що діють на частинки системи.

Із рівняння (15) випливає, що приріст імпульсу системи за скінчений проміжок часу [pic] буде:

[pic], (16) тобто приріст імпульсу системи дорівнює імпульсу результуючої всіх зовнішніх сил за відповідний проміжок часу. І тут [pic] – результуюча всіх зовнішніх сил.

Рівняння (15) і (16) справедливі як в інерціальній, так і в неінерціальній системі відліку. Слід тільки мати на увазі, що в неінерціальній системі відліку необхідно враховувати і дію сил інерції, що відіграють роль зовнішніх сил.

Закон збереження імпульсу.

Застосування другого та третього законів динаміки до системи, яка складається із декількох взаємодіючих тіл, приводить до дуже важливих висновків, з яких випливає закон збереження імпульсу.

Розглянемо систему, яка складається з [pic] частинок (матеріальних точок). Позначимо через [pic] силу, з якою [pic]-та частинка діє на [pic]- ту (перший індекс вказує на номер частинки, на яку діє сила, другий індекс – номер частинки, взаємодією якої обумовлена ця сила). Символом [pic] позначимо результуючу всіх зовнішніх сил, що діють на [pic]-ту частинку. Напишемо рівняння руху всіх [pic] частинок:

[pic],

[pic],

...

[pic] [pic],

...

[pic] [pic],

([pic] – імпульс [pic]-тої частинки).

Додамо всі ці рівняння. Зліва отримаємо похідну по часу від сумарного імпульсу системи:

[pic].

Справа відмінною від нуля буде лише сума зовнішніх сил [pic]. Дійсно, суму зовнішніх сил можна представити у вигляді:

[pic].

Згідно з третім законом Ньютона кожна із дужок буде дорівнювати нулю. Відповідно, сума внутрішніх сил, що діють на тіла системи, завжди дорівнює нулю:

[pic].

Тоді отримаємо:

[pic].

Таким чином, похідна по часу від сумарного імпульсу системи дорівнює сумі зовнішніх сил, які діють на тіла системи.

Якщо система замкнута, зовнішні сили відсутні і права частина останнього рівняння дорівнює нулю. Тому відповідно [pic], а звідси випливає, що [pic].

Таким чином, ми прийшли до важливого висновку, а саме – закону збереження імпульсу: в інерціальній системі відліку імпульс замкнутої системи частинок залишається постійним, тобто не змінюється з часом.