Замкнутая система тел. Замкнутая система – система тел, для которых равнодействующая внешних сил равна нулю Какую систему тел называют незамкнутой физика

Система называется замкнутой

незамкнутой {E} {A}, {R} и {P} потоков

Закон сохранения импульса

Закон сохранения импульса формулируется так:

если сумма внешних сил, действующих на тела системы, равна нулю, то импульс системы сохраняется.

Тела могут только обмениваться импульсами, суммарное же значение импульса не изменяется. Надо только помнить, что сохраняется векторная сумма импульсов, а не сумма их модулей.

Зако́н сохране́ния и́мпульса (Зако́н сохране́ния количества движения ) утверждает, что векторная сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная.

В классической механике закон сохранения импульса обычно выводится как следствие законов Ньютона. Из законов Ньютона можно показать, что при движении в пустом пространстве импульс сохраняется во времени, а при наличии взаимодействия скорость его изменения определяется суммой приложенных сил.

Как и любой из фундаментальных законов сохранения, закон сохранения импульса описывает одну из фундаментальных симметрий, - однородность пространства .

При взаимодействии тел импульс одного тела может частично или полностью передаваться другому телу. Если на систему тел не действуют внешние силы со стороны других тел, то такая система называется замкнутой.

В замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Этот фундаментальный закон природы называется законом сохранения импульса. Он является следствием из второго и третьего законов Ньютона.

Рассмотрим какие-либо два взаимодействующих тела, входящих в состав замкнутой системы.

Силы взаимодействия между этими телами обозначим через и По третьему закону Ньютона Если эти тела взаимодействуют в течение времени t, то импульсы сил взаимодействия одинаковы по модулю и направлены в противоположные стороны: Применим к этим телам второй закон Ньютона:

где и– импульсы тел в начальный момент времени, и – импульсы тел в конце взаимодействия. Из этих соотношений следует:

Это равенство означает, что в результате взаимодействия двух тел их суммарный импульс не изменился. Рассматривая теперь всевозможные парные взаимодействия тел, входящих в замкнутую систему, можно сделать вывод, что внутренние силы замкнутой системы не могут изменить ее суммарный импульс, т. е. векторную сумму импульсов всех тел, входящих в эту систему.

Рис.1

При указанных допущениях законы сохранения имеют вид

(1)
(2)
Произведя соответствующие преобразования в выражениях (1) и (2), получим
(3)
(4)
откуда
(5)
Решая уравнения (3) и (5), находим
(6)
(7)
Разберем несколько примеров.

1. При ν 2 =0
(8)
(9)

Проанализируем выражения (8) в (9) для двух шаров различных масс:

а) m 1 =m 2 . Если второй шар до удара висел неподвижно (ν 2 =0) (рис. 2), то после удара остановится первый шар (ν 1 " =0), а второй будет двигаться с той же скоростью и в том же направлении, в котором двигался первый шар до удара (ν 2 " =ν 1 );

Рис.2

б) m 1 >m 2 . Первый шар продолжает двигаться в том же направлении, как и до удара, но с меньшей скоростью (ν 1 " <ν 1 ). Скорость второго шара после удара больше, чем скорость первого после удара (ν 2 " >ν 1 " ) (рис. 3);

Рис.3

в) m 1 ν 2 " <ν 1 (рис. 4);

Рис.4

г) m 2 >>m 1 (например, столкновение шара со стеной). Из уравнений (8) и (9) следует, что ν 1 " = -ν 1 ; ν 2 " ≈ 2m 1 ν 2 " /m 2 .

2. При m 1 =m 2 выражения (6) и (7) будут иметь вид ν 1 " = ν 2 ; ν 2 " = ν 1 ; т. е. шары равной массы как бы обмениваются скоростями.

Абсолютно неупругий удар - соударение двух тел, в результате которого тела соединяются, двигаясь дальше как единое целое. Абсолютно неупругий удар можно продемонстрировать с помощью шаров из пластилина (глины), которые движутся навстречу друг другу (рис. 5).

Рис.5

Если массы шаров m 1 и m 2 , их скорости до удара ν 1 и ν 2 , то, используя закон сохранения импульса

где v - скорость движения шаров после удара. Тогда
(15.10)
В случае движения шаров навстречу друг другу они вместе будут продолжать движение в ту сторону, в которую двигался шар с большим импульсом. В частном случае, если массы шаров равны (m 1 =m 2), то

Определим, как изменяется кинетическая энергия шаров при центральном абсолютно неупругом ударе. Так как в процессе соударения шаров между ними действуют силы, зависящие от их скоростей, а не от самих деформаций, то мы имеем дело с дисипативными силами, подобным силам трения, поэтому закон сохранения механической энергии в этом случае не должен соблюдаться. Вследствие деформации происходит уменьшение кинетической энергии, которая переходит в тепловую или другие формы энергии. Это уменьшение можно определить по разности кинетической энергии тел до и после удара:

Используя (10), получаем

Если ударяемое тело было первоначально неподвижно (ν 2 =0), то

и

Когда m 2 >>m 1 (масса неподвижного тела очень велика), то ν<<ν 1 и практически вся кинетическая энергия тела переходит при ударе в другие формы энергии. Поэтому, например, для получения значительной деформации наковальня должна быть значительно массивнее молота. Наоборот, при забивании гвоздей в стену масса молота должна быть гораздо большей (m 1 >>m 2), тогда ν≈ν 1 и почти вся энергия тратится на возможно большее перемещение гвоздя, а не на остаточную деформацию стены.
Абсолютно неупругий удар - это пример потери механической энергии под действием диссипативных сил.

Замкнутая и не замкнутая системы.

В замкнутой системе нет взаимодействия с окружением. В незамкнутой - есть.
Изолированная система (замкнутая cистема) - термодинамическая система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией. В термодинамике постулируется (как результат обобщения опыта), что изолированная система постепенно приходит в состояние термодинамического равновесия, из которого самопроизвольно выйти не может (нулевое начало термодинамики).

Система называется замкнутой (изолированной 1), если ее компоненты не взаимодействуют с внешними сущностями, а также отсутствуют потоки вещества, энергии и информации из системы или в нее.

Примером физической замкнутой системы может служить горячая вода и пар в термосе. В замкнутой системе количество вещества и энергии остается неизменным. Количество же информации может изменяться как в сторону уменьшения, так и увеличения – в этом просматривается еще одна особенность информации как исходной категории мироздания. Замкнутая система является некоторой идеализацией (модельным представлением), поскольку полностью изолировать какую-то совокупность компонентов от внешних воздействий невозможно.

Построив отрицание приведенному выше определению, мы получим определение системы незамкнутой . Для нее должно быть выделено множество внешних воздействий {E} , оказывающих влияние (т.е. приводящих к изменениям) на {A}, {R} и {P} . Следовательно, незамкнутость системы всегда связана с протеканием процессов в ней. Внешние воздействия могут осуществляться в форме каких-то силовых действий либо в форме потоков вещества, энергии или информации, которые могут поступать в систему или выходить из нее. Примером незамкнутой системы является какое-либо учреждение или предприятие, которые не могут существовать без материальных, энергетических и информационных поступлений. Очевидно, исследование незамкнутой системы должно включать изучение и описание влияния на нее внешних факторов, а при создании системы должна предусматриваться возможность появления этих факторов.

До сих пор мы рассматривали только действия сил на одно тело. В механике часто встречаются задачи, когда необходимо одновременно рассматривать несколько тел, движущихся по-разному. Таковы, например, задачи о движении небесных тел, о соударении тел, об отдаче огнестрельного оружия, где и снаряд и пушка начинают двигаться после выстрела, и т. д. В этих случаях говорят о движении системы тел: Солнечной системы, системы двух соударяющихся тел, системы пушка - снаряд и т. п. Между телами системы действуют некоторые силы. В Солнечной системе - это силы всемирного тяготения, в системе соударяющихся тел - силы упругости, в системе пушка - снаряд - силы давления пороховых газов.

Кроме сил, действующих со стороны одних тел системы на другие («внутренние» силы), на тела могут действовать еще силы со стороны тел, не принадлежащих системе («внешние» силы); например, на соударяющиеся бильярдные шары действуют еще сила тяжести и сила упругости стола, на пушку и снаряд также действует сила тяжести, и т. п. Однако в ряде случаев внешними силами можно пренебрегать. Так, при соударении катящихся шаров силы тяжести уравновешены для каждого шара в отдельности и потому не влияют на их движение; при выстреле из пушки сила тяжести окажет свое действие на полет снаряда только после вылета его из ствола, что не скажется на отдаче. Поэтому часто можно рассматривать движения системы тел, полагая, что внешние силы отсутствуют.

Начнем с простейшей системы, состоящей только из двух тел. Пусть их массы равны и , а скорости равны и . Будем считать, что внешние силы на эти тела не действуют. Между собой же эти тела могут, взаимодействовать. В результате взаимодействия (например, вследствие соударения) скорости тел изменятся и станут равнымии соответственно. Для тела массы m приращение импульса, где- сила, с которой на него действовало тело массы , a - время взаимодействия. Для тела массы приращение импульса , так как, согласно третьему закону Ньютона, сила, с которой тело массы действует на тело массы , равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой тело массы действует на тело массы. Складывая оба выражения для приращения импульса, получим

Таким образом, при отсутствии внешних сил суммарный импульс системы (векторная сумма импульсов тел, составляющих систему) в результате взаимодействия тел не изменяется. Иначе можно сказать, что внутренние силы не изменяют суммарного импульса системы. Этот результат совершенно не зависит от того, как взаимодействовали тела системы: долго или кратковременно, при соприкосновении или на расстоянии и т. п. В частности, из этого равенства следует, что если вначале оба тела покоились, то суммарный импульс системы останется равным нулю и в дальнейшем, если только на систему не подействуют силы извне.

Можно доказать, что и для системы, состоящей из большего чем два числа тел, суммарный импульс системы остается постоянным, если только внешние силы отсутствуют. Это важнейшее положение называют законом сохранения импульса. Закон сохранения импульса является одним из фундаментальных законов природы, значение которого не ограничивается только рамками механики. Если система состоит из одного тела, то для него закон сохранения импульса означает, что в отсутствие сил, на него действующих, импульс тела не изменяется. Это равносильно закону инерции (скорость тела не изменяется).

Система называется замкнутой вдоль определенного направления, если проекция равнодействующей внешних сил на это направление равна нулю.

Силы взаимодействия между телами системы называются внутренними силами

Силы взаимодействия между телами системы и телами, не входящими в систему – внешними силами

При столкновении шаров:

согласно третьего закона ньютона

согласно второму закону Ньютона ,

,

Закон сохранения импульса

Суммарный импульс замкнутой системы тел остается постоянным при любых взаимодействиях тел системы между собой

Закон сохранения импульса:

Геометрическая сумма импульсов тел, со­ставляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой си­стемы между собой.

Импульс сохраняется и для систем микрочастиц, для которых законы Ньютона не применимы.

Закон сохранения импульса является следствием однородности пространства.

Примером проявления закона сохранения им­пульса является реактивное движение. Оно наблю­дается в природе (движение осьминога) и очень ши­роко в технике (водометный катер, огнестрельное оружие, движение ракет и маневрирование космиче­ских кораблей)

Импульсом системы тел называется векторная сумма импульсов тел, входящих в систему.

Удар – это кратковременное взаимодействие тел, приводящее к упругой или пластической деформации тел, к резкому изменению скоростей тел и появлению больших сил взаимодействия. Удар называется центральным, если вектора скоростей проходят через центр масс тел.

Под столкновением в физике понимают взаимодействие тел при их относительном перемещении. Для классификации результатов этого взаимодействия вводят понятие абсолютно неупругого и абсолютно упругого ударов

Абсолютно неупругий удар – столкновение, после которого тела движутся с одинаковой скорость как единой целое.

Энергия при этом не сохраняется

Абсолютно упругий удар – столкновение, при котором деформация тел оказывается обратимой, т.е. исчезающей после прекращения взаимодействия.

Энергия при таком ударе сохраняется.

При нецентральном абсолютно упругом столкновении одинаковых шаров они разлетаются под углом 90о друг к другу.

При упругом центральном ударе покоящийся шар приобретает большую скорость, чем при неупругом ударе, при котором часть энергии расходуется на деформацию шара.

Скорости тел после абсолютно упругого удара зависят от соотношения массы этих тел.

РАКЕТЫ (уч.10кл. стр.128-129)

Закон сохранения импульса.(см.выше)

Реактивное движение. Определение. Примеры

Устройство ракеты.

Изменение массы ракеты при полете.

Уравнение движения ракеты ДОПОЛНИТЬ

Реактивное движение – движение возникающее при отделении от тела с некоторой скоростью какой-либо его части.

ДАТЬ ДРУГОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКТИВНОГО ДВИЖЕНИЯ

m1- масса топлива, m2 – масса ракеты

Скорость истечения реактивной струи можно считать постоянной.

По мере расходования топлива общая масса уменьшается и соответственно увеличивается скорость (согласно закону сохранения импульса)

Реактивная сила, появляющаяся вследствие истечения горячих газов, приложена к ракете и направлена противоположно скорости реактивной струи. Эта сила определяется расходом топлива в единицу времени и скоростью истечения газов относительно ракеты.

ДАТЬ УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ РАКЕТЫ ЧЕРЕЗ ИМПУЛЬСЫ С УЧЕТОМ РАСХОДА ТОПЛИВА

Большая заслуга в развитии теории реак­тивного движения принадлежит К.Э.Циолковскому.

Он разработал теорию полета тела переменной массы (ракеты) в однородном поле тяготения и рас­считал запасы топлива, необходимые для преодоле­ния силы земного притяжения; основы теории жид­костного реактивного двигателя, а так же элементы его конструкции; теорию многоступенчатых ракет, причем предложил два варианта: параллельный (несколько реактивных двигателей работают одно­временно) и последовательный (реактивные двигате­ли работают друг за другом).

К.Э.Циолковский строго научно доказал возможность полета в космос с помощью ракет с жидкостным реактивным двигате­лем, предложил специальные траектории посадки космических аппаратов на Землю, выдвинул идею создания межпланетных орбитальных станций и подробно рассмотрел условия жизни и жизнеобеспе­чения на них.

Технические идеи Циолковского нахо­дят применение при создании современной ракетно-космической техники.

Движение с помощью реак­тивной струи, по закону сохранения импульса, ле­жит в основе гидрореактивного двигателя. В основе движения многих морских моллюсков (осьминогов, медуз, кальмаров, каракатиц) также лежит реактив­ный принцип.

МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА (уч.10кл. стр.134)

Работа как пространственная характеристика силы.

Определение работы. Единицы измерения

Геометрический смысл работы

Зависимость знака работы от взаимной ориентации силы и перемещения

Работа сил реакции, трения, тяжести

Суммарная работы нескольких сил

Не зависимость работы силы тяжести от траектории перемещения

Перейти на страницу: 18

Сила – векторная физическая величина. характеризующая взаимодействие тел и являющаяся мерой этого взаимодействия. Причина изменения характера движения тела.

Свойства:

Силы складываются по правилу параллелограмма

Любую силу можно разложить на составляющие, причем неоднократно

Сила может быть функцией скорости и времени

Измеряется в ньютонах.

29.Потенциальные (консервативные) силы. Потенциальная энергия.

Консерв силы – силы, работа кот на любом замкнутом контуре равна 0 (сила тяж, сила упругости, электростат сила). Неконсерв сила – сила трения. Консерв силы можно определить способами: 1)силы, работа которых на любом замкнутом пути равна 0; 2)силы, работа которых не зависит от пути, по кот частица переходит из одного положения в другое. В поле консерв сил вводится понятие потенц энергии, как функции засисящей от координат. В Сист где действ только консерв силы, мех.энергия остается постоянной. Пот энергия характеризует скурытый запас движ, кот затем может проявиться в виде кин энергии.

30. Замкнутые и незамкнутые системы.

Замкнутые сист – сист, на кот не действуют внешние силы или их действием можно пренебречь. Понятие замкнутой системы является идеализацией, оно применимо к реальным системам тел в тех случаях, когда внутренние силы взаимодействия тел системы значительно больше внешних сил..

31. Законы сохранения в замкнутых системах

В замкн сист выполняются 3 закона сохр: закон сохр импульса р=∑рi=Const, момента импульса L=∑Li=Const, и полной энергии E=Емех+Евнутр=Const.Когда систему тел нельзя считать замкнутой, применимы частные законы сохранения, действующие при некоторых дополнительных условиях

32. Связь законов сохранения со свойствами и времени пространства

В основе сохранения энергии лежит однородность времени – разнозначность всех моментов времени. В основе сохранения импульса лежит однородность пространства – одинаковость свойств пространства всех точек. В основе сохранения момента импульса лежит изотропия пространства – одинаковость свойств пространства по всем направлениям.

33. Закон сохранения импульса в замкнутых и в незамкнутых системах

Импульс замкн сист материальных точек остается постоянным. Импульс остается постоянным и для незамкнутой системы, если внешние силы в сумме дают ноль. Для замкнутой системы р=mv=const – следовательно центр масс замкнутой сист либо движется прямолинейно и равномерно, либо остается неподвижным

34 . Закон сохранения момента импульса в замкнутых и в незамкнутых системах

Момент импульса замкн сист мат точек остается постоянным. Когда сумма моментов внешних сил относительно некоторой оси равна 0, момент имп сист относит этой оси остается постоянным.

35. Закон сохранения механической и полной энергии

Полная мех энергия ист тел, на кот действуют лишь консервативные силы, остается постоянной.

Полная механическая энергия замкнутой сист тел, между кот действуют только консервативные силы остается постоянной.

В Замкн сист энергия не исчезает, а переходит из одного вида в другой. В замкн сист где действуют только консерв силы, выполняется закон сохранения энергии.

В термодинамике постулируется (как результат обобщения опыта), что изолированная система постепенно приходит в состояние термодинамического равновесия, из которого самопроизвольно выйти не может (нулевое начало термодинамики).

Адиабатически изолированная система - термодинамическая система , которая не обменивается с окружающей средой ни теплотой, ни веществом. Изменение внутренней энергии такой системы равно производимой над ней работе. Всякий процесс в адиабатически изолированной системе называется адиабатическим процессом .

На практике адиабатическая изоляция достигается заключением системы в адиабатическую оболочку (например, сосуд Дьюара).

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Замкнутая система тел" в других словарях:

- (генная инженерия) в генной инженерии система осуществления генно инженерной деятельности, при которой генетические модификации вносятся в организм или генно инженерно модифицированные организмы, обрабатываются, культивируются, хранятся,… … Википедия

ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА - (1) в механике система тел, на которые не действуют внешние силы, т. е. силы, приложенные со стороны других, не входящих в рассматриваемую систему тел; (2) в термодинамике система тел, которая не обменивается с внешней средой ни энергией, ни… … Большая политехническая энциклопедия

1) 3. с. в механике система тел, на к рые не действуют внеш. силы, т. е. силы, прилож. со стороны др., не входящих в рассматриваемую систему тел. 2) 3. с. в термодинамике система тел, к рая не обменивается с внеш. средой ни энергией, ни в вом. Др …

Классическая электродинамика Магнитное поле соленоида Электричество · Магнетизм Электростатика Закон Кулона … Википедия

Совокупность тел, могущих обмениваться между собой и с др. телами (внешней средой) энергией и в вом. Для Т. с. справедливы законы термодинамики. Т. с. является любая система, обладающая очень большим числом степеней свободы (напр., система,… … Большой энциклопедический политехнический словарь

МЫШЕЧНАЯ СИСТЕМА - МЫШЕЧНАЯ СИСТЕМА. Содержание: I. Сравнительная анатомия..........387 II. Мышцы и их вспомогательные аппараты. 372 III. Классификация мышц............375 IV. Вариации мышц...............378 V. Методика исследования мышц на хрупе. . 380 VI.… …

Наука о наиб. общих св вах макроскопич. физ. систем, находящихся в состоянии термодинамич. равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями. Т. строится на основе фундам. принципов (начал), к рые явл. обобщением многочисл. наблюдений и… … Физическая энциклопедия

Задачи повышенной трудности, предлагающиеся школьникам на физических олимпиадах различного уровня. По определению, знаний, содержащихся в стандартном школьном курсе физики и математики, должно быть достаточно для решения таких задач. Трудность же … Википедия

КРОВЕНОСНЫЕ СОСУДЫ - КРОВЕНОСНЫЕ СОСУДЫ. Содержание: I. Эмбриология................. 389 П. Общий анатомический очерк......... 397 Артериальная система........... 397 Венозная система...... ....... 406 Таблица артерий............. 411 Таблица вен................… … Большая медицинская энциклопедия

Q, Q Размерность T I … Википедия