Головна » Наука та освіта » Закони збереження в механіці

Закони збереження в механіці



У навчальних закладах мудрі викладачі розповідають своїм учням про те, що існує закон збереження в механіці. Його зміст полягає в тому, що енергія в замкнутій системі не може безповоротно зникатимуть, розтрачуючись на виконання якої-небудь роботи. При таких процесах має місце не зникнення, а перетворення енергії одного виду в інший. Наприклад: клацання вимикачем - і електрична лампочка яскраво спалахує. Лічильник справно вважає витрачені вати енергії. Куди ж вона пропадає? Все просто: електричний струм здійснює роботу, при цьому енергія перетворюється у випромінювання і нагрівання. Іншими словами, закони збереження в механіці актуальні для будь-якого механічного пристрою (або навіть електричного - відмінність лише в різновиди початкової енергії і назві одного і того ж явища). Фактично, закон збереження є фундаментальним принципом, відповідно з яким живе вся Всесвіт.

Перш за все, необхідно визначитися, що таке кінетична і потенційна енергія. Якщо говорити спрощено, то перша являє собою енергію руху тіла, що характеризує виконувану тілом роботу. А друга є тимчасово нереалізованої енергією системи тіл, яка визначається характером взаємодії та розташуванням об'єктів в самій системі. Цілком закономірно, що термін відбувся від латинського слова, що означає «можливість». У механіці ці два різновиди енергії перетворюються одна в іншу.

Закони збереження в механіці працюють таким чином. Наприклад, предмет, підкинутий вгору, в момент отримання імпульсу володіє максимальним значенням кінетичної енергії. Відповідно, швидкість його руху найвища саме в початковий момент. Поступово вона знижується, так як кінетична енергія перетворюється в потенційну. В результаті предмет сповільнюється і зупиняється. Це означає, що весь його запас початкової енергії імпульсу був перетворений в потенційну і накопичений в системі. Далі завдяки гравітаційному впливу предмет починає падіння. Потенційна енергія перетворюється назад в кінетичну. Неважко здогадатися, що в початковий момент руху швидкість мінімальна, але поступово зростає, оскільки збільшується значення кінетичної енергії системи. Варто відзначити, що в даному випадку, незважаючи на вплив магнітного поля Землі (додаткового імпульсу), загальна сума енергій системи залишається незмінною.

Щоб краще зрозуміти закони збереження в механіці, має сенс звернутися до власному життєвому досвіду. Напевно, в дитинстві кожен кидав на металеву основу невеликий, але масивний кульку або звичайний м'ячик. При цьому він підстрибував угору і знову падав. Так повторювалося доти, поки рух мимоволі не припинялося. А як же закон збереження енергії в механіці? Адже, за логікою, потенційна енергія падаючого м'яча повинна повною мірою перетворюватися в кінетичну, і навпаки. Майже «вічний двигун». Невже в цьому випадку закони збереження в механіці не виконуються? Насправді в цій ситуації на систему впливає тертя об молекули повітря і внутрішні деформації поверхні і м'ячі. Саме вони «крадуть» свою частину енергії, через що куля поступово перестає підстрибувати (до речі, тому в рамках класичної механіки неможливе створення вічного двигуна).

Універсальність законів збереження дозволяє використовувати їх не тільки при розрахунках взаємодії систем макросвіту, а й, частково, в мікросвіті. Ні траєкторія руху, ні вид діючих на систему сил не впливає на результат - закони збереження працюють!