Legea conservării energiei este o consecință a simetriei naturii în ceea ce privește schimbările de timp. Să presupunem că neuniformitatea cursului timpului sa manifestat prin faptul că, începând de la un anumit moment în timp, constanta gravitației universale a început să se schimbe periodic. Apoi, este ușor să construim o mașină care să primească energie de la nimic - un "perpetuum mobile". Pentru a face acest lucru, este necesar să se ridice încărcăturile în timpul unei perioade de gravitație slabă și să se transforme energia pe care au dobândit-o în energie cinetică, scăpând mărfurile în timpul perioadei de gravitație în creștere. Din ceea ce sa spus, rezultă că uniformitatea cursului de timp poate fi verificată de cât de precis este respectată legea conservării energiei.
Relația legilor de conservare cu simetria sistemului. Răspunsul la întrebarea firească despre motivul pentru care legile de conservare în fizică sunt valabile a fost găsit relativ recent. Sa constatat că legile de conservare apar în sisteme atunci când au anumite elemente de simetrie. (Sistem Element de simetrie este orice sistem de transformare a se transforma, adică nu se modifică exemplul său este un element de simetrie pătrat roti printr-un unghi drept față de o axă ce trece prin centrul său - „De patru ori axa de rotație“).
Legile de conservare globale sunt asociate cu existența unor astfel de transformări care lasă orice sistem neschimbat. Acestea includ:
Legea conservării energiei. care este o consecință a simetriei în ceea ce privește schimbarea de timp (omogenitatea timpului).
Legea conservării impulsului. care este o consecință a simetriei în ceea ce privește transportul paralel în spațiu (omogenitatea spațiului).
Legea conservării momentului unghiular. care este o consecință a simetriei în raport cu rotațiile din spațiu (izotropia spațiului).
Legea conservării taxelor. care este o consecință a simetriei în ceea ce privește înlocuirea parametrilor complexi care descriu sistemul prin valorile lor conjugate complexe.
Legea conservării parității. care este o consecință a simetriei în ceea ce privește funcționarea inversiunii ("reflecția în oglindă", schimbarea "dreapta" în "stânga").
Legea conservării entropiei. care este o consecință a simetriei în ceea ce privește inversarea timpului.
Să analizăm pe scurt legile conservării cantităților mecanice.
Legea conservării impulsului. Fiecărui punct material cu m masa în mișcare cu viteza V i se atribuie o caracteristică vectorică - impuls. definit ca produsul masei pe viteză:
Din legile lui Newton se poate arăta că atunci când se deplasează în spațiu gol, impulsul este conservat în timp și, în prezența interacțiunii, rata schimbării sale este determinată de suma forțelor aplicate:
În cazul unui sistem de puncte materiale (cu totalitatea cărora poate fi luat în considerare orice corp real), impulsul total este definit ca suma vectorială a tuturor impulsurilor
Rata de schimbare a impulsului total este determinată de suma forțelor externe. care acționează asupra sistemului (adică numai forțele care descriu interacțiunea elementelor sistemului cu obiecte care nu îi aparțin):
Sistemele care nu sunt acționate de forțele externe sunt numite sisteme închise. În ele, ritmul total nu se schimbă odată cu timpul. Această proprietate găsește o aplicație practică deosebită, deoarece se află în baza principiului propulsiei cu jet (fig.51).
În mecanica clasică, legea conservării momentului este de obicei derivată ca o consecință a legilor lui Newton. Cu toate acestea, această lege de conservare este valabilă și în cazul în care mecanica newtoniană este inaplicabilă (fizica relativistă, mecanica cuantică). După cum sa menționat, acesta poate fi obținut ca urmare a unor afirmații corecte intuitiv că proprietățile lumii noastre nu se va schimba în cazul în care toate obiectele sale (sau de origine!) Mutare printr-un vector L. În prezent, nu există dovezi experimentale, care indică faptul că legea conservării momentului nu a fost îndeplinită.
Teorema, teorema fundamentală a fizicii, stabilește o legătură între proprietățile de simetrie ale unui sistem fizic și legile de conservare. Ea a fost formulată de E. Noether în 1918. N. T. afirmă că pentru un sistem fizic ale cărui ecuații de mișcare au forma unui sistem de ecuații diferențiale și pot fi obținute din principiul variațional al mecanicii,
(Principiile variationale ale mecanicii. Principiile mecanicii numite ipoteze, care să reflecte aceste legi generale ale fenomenelor mecanice care sunt în consecință, puteți primi toate ecuațiile care descriu mișcarea unui sistem mecanic (sau condițiile echilibrului său.) Pe parcursul dezvoltării mecanicii a fost stabilit un număr de principii, fiecare din care poate fi folosit ca bază a mecanicii, care se explică prin varietatea proprietăților și a regularităților fenomenelor mecanice, aceste principii sunt împărțite în cele ne-variate și variate.)
La fiecare transformare cu un parametru variabil continuu care păstrează funcționalitatea variațională, legea conservării corespunde. În mecanica particulelor sau câmpurilor, funcția de acțiune S este funcțională variată; de la condiția ca varianta acțiunii să dispară # 61540; S = 0 (principiul celei mai mici acțiuni), se obțin ecuațiile de mișcare ale sistemului. Fiecare transformare, în care acțiunea nu se schimbă, corespunde unei legi de conservare diferențiate. Integrarea ecuației care exprimă o astfel de lege conduce la o lege integrată de conservare.
Oferă cea mai simplă și cea mai universală metodă de obținere a legilor de conservare în mecanica clasică și cuantică, teoria câmpurilor și așa mai departe.
modificări continue în spațiu-timp, frunze de acțiune invariante (și, prin urmare, ecuațiile de mișcare) sunt: schimbare de timp (care exprimă proprietatea egalitatea fizică a tuturor intervale de timp - omogenitate de timp), trecerea în spațiul (proprietate egalitatea tuturor punctelor în spațiu - uniformitatea spațiului ), rotația spațială tridimensională (proprietatea egalității toate direcțiile în spațiu - izotropia spațiu), rotații pe patru dimensiuni în spațiu-timp, în special preo Lorentz Expresiile care exprimă principiul relativității. Conform mecanicii cuantice, legea conservării energiei rezultă din invarianța cu privire la schimbarea temporală; cu privire la schimbările spațiale - legea conservării momentului; în ceea ce privește rotația spațială - legea conservării momentului unghiular; sub transformările Lorentz - legea conservării momentului Lorentz, sau o lege generalizată a centrului de masă (centrul de masă al sistemului relativista se mișcă uniform în linie dreaptă).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: