Билет №13

Законы сохранения, импульса, момента импульса.

Весьма важным для понимания законов природы является принцип инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени, т.е. параллельных переносов начала координат и начала отсчета времени. Он формулируется так:смещение во времени и в пространстве не влияет на протекание физических процессов.

Инвариантность непосредственно связана с симметрией, представляющей собой неизменность структуры материального объекта относительно его преобразований, т.е. изменения ряда физических условий.

В широком смысле симметрия означает инвариантностькак неизменность свойств системы при некотором изменении (преобразовании) ее параметров. Наглядным примером пространственных симметрий физических систем является кристаллическая структура твердых тел.

Из сформулированного принципа инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени следует симметрия пространства и времени, называемая однородностью пространства и времени.

Однородность пространствазаключается в том, что при параллельном переносе в пространстве замкнутой системы тел как целого ее физические свойства и законы движения не изменяются, иными словами, не зависят от выбора положения начала координат инерциальной системы отсчета.

Из свойства симметрии пространства – его однородности следует закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени (импульс-количество движения): p=mV.Закон сохранения импульса справедлив не только в классической физике, хотя он и получен как следствие законов Ньютона. Эксперименты доказывают, что он выполняется и для замкнутых систем микрочастиц, подчиняющихся законам квантовой механики. Импульс сохраняется и в незамкнутой системы, если геометрическая сумма всех внешних сил равна нулю.Закон сохранения импульса носит универсальный характер и является фундаментальным законом природы.

Однородность времениозначает инвариантность физических законов относительно выбора начала отсчета времени.

Из однородности времени следует закон сохранения механической энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т.е. не изменяется со временем.Консервативные силы действуют только в потенциальных полях, характеризующихся тем, что работа, совершаемая действующими силами при перемещении тела из одного положения в другое, не зависит от того, по какой траектории это перемещение произошло, а зависит только от начального и конечного положений. Если же работа, совершаемая силой, зависит от траектории перемещения тела из одной точки в другую, то такая сила называетсядиссипативной; например сила трения.

Диссипация (рассеяние энергии)– процесс уменьшение механической энергии из-за преобразования ее в другие (немеханические) формы энергии. Все реальные системы в природе диссипативные.

Закон сохранения и превращения энергии–фундаментальный закон природы; он справедлив как для систем макроскопических тел, так и для микросистем.

Таким образом, энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в другой. Энергия – универсальная мера различных форм движения и взаимодействия.

Изотропность пространстваозначает инвариантность физических законов относительно выбора направлений осей координат системы отсчета (относительно поворота замкнутой системы в пространстве на любой угол).

Из изотропности пространства следует фундаментальный закон природы – закон сохранения момента импульса: момент импульса замкнутой системы сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени: M=LmV (L – радиус-вектор).

Билет №14.

Развитие представлений о пространстве и времени. Принцип относительности Галилея, понятие инерциальных систем отсчета. Время–это то, что показывают часы. Принцип работы часов может быть основан на многих физических явлениях и процессах. В более строгом определении время выражает порядок смены физических состояний и является объективной характеристикой любого физического процесса или явления; оно универсально. Ньютон различал абсолютное и относительное время. Абсолютное протекает равномерно и наз-ся длительностью. Относительное время есть изменчивая мера продолжительности. Абсолютное время не имеет физического смысла. Время всегда относительно. Во-первых, течение времени зависит от скорости движения системы отсчета. При большой скорости время замедляется, возникает релятивистское замедление времени. Во-вторых, поле тяготения приводит к гравитационному замедлению времени. Важная особенность времени выражена в постулате времени: одинаковые во всех отношениях явления происходят за одинаковое время. Пространство выражает порядок сосуществования физических тел.Ньютон ввел понятие абсолют. пространства, кот. может быть совершенно пустым и существует независимо от наличия в нем физич. тел, являясь как бы мировой сферой, где разыгрываются физ. процессы. Пустое пространство-идеальное пространство. Механич. движение относительно, и его характер зависит от системы отсчета. Та система, по отношению к которой выполняетсяIзакон Ньютона, наз-ся инерциальной. Это такая система, кот. либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно относительно какой-то другой инерциальной системы. Во всех инерциальных системах отсчета законы классич. динамики имеют одинаковую форму; в этом сущность механич. принципа относительности-принципа относит. Галилея. Он означает, что уравнения динамики при переходе от одной инерциальной системы к другой не изменяются, т.е. инвариантны по отношению к преобразованию координат. Современ. формулировка: физич. процессы не зависят от равномерного от равномерного и прямолинейного движения системы отсчета. Инвариантность означает неизменность физич. величин или свойств природных объектов при переходе то одной системы отсчета к другой.

Билет №15.

Концепция специальной теории относительности Эйнштейна. С.т.о. представляет собой современную физич. теорию пространства и времени, в кот. время однородно, а пространство однородно и изотропно. В основе с.т.о. лежат постулаты Эйнштейна: 1) принцип относит.: никакие опыты, проведенные в данной инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы к другой; 2) принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. 1 постулат утверждает, что физич. законы инвариантны по отношению к выбору инерциальной системы отсчета, а уравнения одинаковы по форме во всех инерциальных системах отсчета. Все инерциальные системы отсчета совершенно равноправны. Согласно 2 постулату, постоянство скорости света в вакууме-фундаментальное свойство природы. С.т.о. потребовала отказа от привычных классич. представлений о пространстве и времени, т.к. они противоречили принципу постоянства скорости света. Потеряло смысл не только абсолютн. пространство, но и абсолютн. время.

Билет №16.

Пространственно-временной континуум. Спец. теория относит. объединила пространство и время в единый континуум пространство-время. Основанием для такого объединения послужил и постулат о предельной скорости передачи взаимодействий материальных тел – скорости света и принцип относительности. Из данной теории следует относительность одновременности двух событий, происшедших в разных точках пространства, а также относительность измерений длин и интервалов времени, произведенных в разных системах отсчета, движущихся относительно друг друга. Все это означает, что для реального мира пространство и время имеет не абсолютный, а относительный характер. Материя создает и формирует свойства пространства-времени. Любая масса искривляет пространство-время.