Законы сохранения

    В микромире оказывается иным, не связанным  с уравнением движения, и содержание понятия вращающего момента (момента силы). Он представляет собой меру изменения момента импульса.

    Во  всех записанных нами уравнениях      является моментом внешней силы или равнодействующей внешних сил, сумма моментов внутренних сил всегда равна нулю. Если же система является замкнутой, то . Но тогда в (15) и , то есть

     , (16)

в инерциальной  системе   отсчета суммарный момент  импульса замкнутой системы частиц сохраняется.

    Момент  импульса может сохраняться и  для незамкнутых систем. 
Если относительно некоторой точки О в выбранной системе отсчета 
суммарный момент внешних сил равен нулю, то согласно уравнению 
моментов сохраняется момент импульса относительно этой точки О. 
Если проекция суммарного момента всех внешних сил, например, 
на неподвижную ось равна нулю, то сохраняется не сам момент 
импульса, а его проекция на эту ось. Иначе говоря, в этом случае сохраняется момент импульса относительно оси:

     , (17)

При этом сам импульс     относительно точки О на этой оси может изменяться.

    Сохранение  момента импульса замкнутой системы  допускает, что моменты импульса отдельных ее частей могут со временем изменяться. Однако при всех изменениях убыль момента импульса одной части системы всегда равна приращению момента импульса другой ее части.

     Из закона сохранения момента импульса в применении к вращению твердого тела относительно оси

следует, что изменяя (увеличивая или уменьшая) каким-либо способом момент инерции тела во время вращения, можно изменять (уменьшать или увеличивать) в такое же   число   раз   угловую   скорость. Иллюстрацией   могут   служить,   например, опыты на скамье Жуковского — подставке, свободно вращающейся в горизонтальной плоскости.   Стоящий    на    скамье    человек

раскидывает или прижимает к туловищу руки и тем самым изменяет момент инерции   системы    (рис. 3).    В   соответствии с законом сохранения   момента  импульса её угловая скорость изменяется. [1, с. 83-85]

    Законы  сохранения и симметрия  пространства и времени.

    Законы   сохранения   энергии,   импульса   и   момента импульса среди  всех других физических законов выделяются своей всеобщностью.  Они  выполняются  одинаково  строго  в  классических явлениях, происходящих с макроскопическими телами, и в квантовых явлениях, в механике Ньютона и в релятивистской механике. Сначала законы сохранения были   установлены   как   результат   обобщения огромного количества  опытных   фактов.  Лишь   значительно  позднее пришло глубокое понимание этих законов и их взаимосвязи. Оказалось, что законы  сохранения теснейшим  образом  связаны  со  свойствами симметрии природы. Здесь имеется в виду не симметрия физических тел (например, кристаллов), а свойство, выражающееся в неизменности вида физических    законов    при    некоторых   преобразованиях. Эти преобразования  называют  преобразованиями  фундаментальной симметрии.

    Рассмотренные   нами   законы   сохранения   связаны   с   фундаментальными свойствами симметрии времени и пространства.

    Симметрия по отношению к сдвигу начала отсчета  времени проявляется в физической эквивалентности, равноценности разных его моментов. Любые явления, происходящие в одних и тех же условиях, но в    разные   моменты   времени,   протекают   совершенно   одинаково.

    Данное  свойство  времени  называют  его  однородностью.   Благодаря однородности времени можно сравнивать результаты опытов, которые были проделаны в  прошлом или будут проделаны  в будущем.

    Симметрия по отношению к сдвигу начала координат  означает, что все точки физического  пространства эквивалентны. В пространстве нет таких точек, которые обладали бы какими-то особыми свойствами. Это свойство, называемое однородностью пространства, проявляется в том, что явление, которое произошло в данной области пространства, может повториться без изменений в другом месте.  Необходимо лишь, чтобы совокупность факторов, обусловливающих ход явления, осталась той же. Если, например, два одинаковых лазера вывести на один и тот же режим работы в Москве и Новосибирске, то они будут давать одно и то же излучение. Но ход настенных часов с маятником при переносе из одной точки на Земле в другую может измениться вследствие изменения ускорения свободного падения тел.

    Свойство  однородности пространства позволяет  сравнивать результаты одинаковых экспериментов, поставленных в разных лабораториях земного шара.

    Симметрию по отношению к  повороту координатных осей, или свойство изотропности пространства, рассматривают как эквивалентность  различных направлений  в  пространстве.  В  изотропном  пространстве нет выделенных направлений, обладающих особыми свойствами. Установку, агрегат, лабораторию можно повернуть в любом направлении, при этом все процессы будут протекать так же, как и до поворота. Но повернуто должно быть все, что определяет течение данного процесса.

    Однородным   и   изотропным   является   пространство,   свободное от сильных  физических полей. В теории поля считают, что ответственным за появление  сил, действующих на частицы, является поле, искажающее свойства пространства в той области, где оно существует. В сильных полях пространство неоднородно и неизотропно. Установлено, например, что вблизи Солнца и звезд сильные поля тяготения вызывают искривление пространства. Однако если поле,  в котором движется    частица    или    система    частиц,     является    центрально-симметричным,  по  отношению  к  силовому центру  этого  поля пространство будет изотропным.

    Каждому  преобразованию  фундаментальной  симметрии   соответствует определенный закон сохранения.

    Однородность    времени,   то   есть   симметрия   по   отношению к выбору начала отсчета  времени,  приводит  к  закону сохранения энергии. Этот закон  сохранения выполняется для систем, находящихся в неизменных во времени внешних условиях. Стационарность условий обеспечивается тем, что системы должны быть замкнутыми и адиабатически изолированными, а действие сил вызывается только потенциальными полями. Выбор начала отсчета времени несущественен.

    Однородность пространства, то есть симметрия по отношению к   преобразованию   сдвига   начала   координат,   приводит   к   закону сохранения импульса. Для выполнения закона сохранения импульса необходимо, чтобы система была замкнутой. Если система помещена во внешнее силовое поле, то есть незамкнута, то различные области пространства   будут   физически   неэквивалентными.   Внешнее   поле в этих областях будет разным.  Однако если исследуемую  систему расширить и включить в нее тела, поле которых воздействует на систему, то  импульс такой расширенной системы будет сохраняться. Такая система уже «чувствует» однородность пространства.

    Изотропность  пространства, то есть симметрия по отношению к поворотам   координатных   осей,   приводит   к   закону   сохранения момента импульса. Этот закон выполняется только в замкнутых системах. Необходимость замкнутости системы для сохранения момента импульса   вызывается   теми   же   причинами,   что   и   для  сохранения импульса. [1, с. 89-91] 
 

Заключение.

    Законы  сохранения в механике являются фундаментальными. К ним относятся законы сохранения импульса, энергии, момента импульса. В заключении еще раз вернемся к их формулировкам.

    Закон сохранения импульса:

    При любых процессах, происходящих в замкнутой системе, ее импульс остается неизменным:

    Закон сохранения энергии:

    В инерциальной системе отсчета полная механическая энергия замкнутой консервативной системы частиц сохраняется.

    Закон сохранения момента  импульса:

    В инерциальной  системе   отсчета суммарный момент  импульса замкнутой системы частиц сохраняется.

Список  использованной литературы 

1. Дерябин, В.М., Борисенко, В.Е. Физика: Учебник для вузов / В.М.Дерябин, В.Е. Борисенко - 2 изд., перераб. - Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2001. - 656 с.
2. Китель, Ч., Найт, У., Рудерман, М. Механика. / Ч. Китель, У. Найт, М. Рудерман - М.: Наука, 1983. - 447 с.
3. http://www.5ballov.ru