Что называется механической системой какие системы являются замкнутыми
Понятие системы
Физики часто произносят такие слова: тело, взаимодействие, связь, система.
Когда мы решаем задачи, то рассматриваем в них события, процессы, интересующие нас тела с окружающими их телами, как какие-то системы.
В широком смысле, система – это нечто, связанное определенной целью. Оно состоит из отдельных элементов, и связей между этими элементами.
Греческое «Systema» — целое, состоящее из частей соединение, множество закономерно связанных друг с другом элементов и связей между ними (рис. 1).
Виды систем
Все системы можно условно разделить на два вида:
Примечание: Замкнутые системы, так же, часто называют консервативными. Нам известно слово «консерва». Мы применяем консервы для сохранения чего-либо.
Открытые системы
Элементы открытой системы могут взаимодействовать как с элементами системы, так и внешними, по отношению к системе, элементами.
Пример: Ученики класса на перемене. Они могут общаться с одноклассниками и с учащимися других классов.
Закрытые системы
Элементы могут взаимодействовать только с элементами, принадлежащими этой системе. С элементами, внешними по отношению к системе, взаимодействия нет.
Пример: Ученики класса на уроке, они могут общаться только с одноклассниками и учителем, находящимися в помещении. С учениками других классов они общаться не могут.
Зачем знать, открытая, или закрытая система
Важное свойство замкнутых систем:
В замкнутых системах выполняются законы сохранения.
В открытых системах законы сохранения не работают. Сохраняться ничего не будет, так как внешняя среда своим воздействием будет вызывать потери чего-либо, или наоборот, увеличение чего-либо (например, энергии).
Как по условию задачи понять, что система замкнута
В задачниках по физике часто встречаются намек на то, что рассматриваемую систему можно считать замкнутой. Для этого в условиях задач применяют такие слова:
Если мы встретим такие слова в условии задачи, то для решения задачи можно применять законы сохранения.
Содержание:
Замкнутая система:
В общей научной картине природы группа объектов, связанных общими свойствами и условно изолированных от внешней среды, рассматривается как замкнутая система.
Что такое замкнутая система
Замкнутая система — это система тел, при данных условиях взаимодействующих только друг с другом и не взаимодействующих с другими телами (равнодействующая внешних сил равна нулю). В замкнутых системах выполняются законы сохранения.
Карта замкнутой системы:
Закон сохранения импульса. Импульс является одной из физических величин, обладающих свойством сохранения. Это свойство состоит в том, что при взаимодействии тел только друг с другом сумма их импульсов не меняется, полный импульс системы остается постоянным.
Полным импульсом системы называется геометрическая сумма импульсов всех тел, из которых состоит система.
В результате взаимодействия тел их импульсы меняются. Как образец исследуем взаимодействие двух тел.
Обозначим импульс первого тела до взаимодействия 
Учитывая, что 
равно изменению импульса первого тела, a 
— изменению импульса второго тела (см: 2.3 тема), получаем:
Изменения импульсов двух тел, произошедшие в результате их взаимодействия, равны по модулю и противоположны по направлению.
После преобразований получается, что векторная (геометрическая) сумма импульсов двух тел, взаимодействующих между собой, остается неизменной:
Обобщая последнее выражение для замкнутой системы, состоящей из 
тел, получим закон сохранения импульса:
Векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной:
Столкновение двух тел
Результатом столкновения двух тел является деформация и изменение их импульсов вследствие действия возникающих сил упругости. Различают два идеализированных вида столкновения: абсолютно упругое и абсолютно неупругое столкновение.
Абсолютно упругое столкновение
Где 
и 
— массы шаров, составляющих замкнутую систему; 
и 
— начальные скорости шаров до столкновения, 
и 
— конечные скорости шаров после столкновения.
Частный случай: абсолютно упругое столкновение шарика со стеной. Предположим, что шарик сталкивается со стеной под углом 
(b). Сила реакции, возникающая во время удара, перпендикулярна плоскости стены. Так как проекция силы реакции 
на ось 
равна нулю, то в направлении этой оси на шарик эта сила не действует (действие силы тяжести не учитывается), следовательно, проекция импульса 
сохраняется. Изменяется проекция 
Где 
— угол между направлением импульса (скорости) 
и плоскостью стены. Так как 
то модуль изменения импульса этого столкновения будет равен:
или 
Абсолютно неупругое столкновение
Возникающая при абсолютно неупругом столкновении деформация полностью сохраняется. В это время полная механическая энергия не сохраняется, некоторая её часть превращается во внутреннюю энергию системы. После абсолютно неупругого столкновения двух тел оба эти тела, «прилипнув» друг к другу, или движутся с общей скоростью, или покоятся.
Таким образом, закон сохранения импульса при абсолютно неупругом столкновении двух тел, образующих замкнутую систему, можно записать:
Где 
— приобретенная после абсолютно неупругого столкновения общая скорость двух тел, образующих замкнутую систему. Определим эту скорость из выражения (3.6):
При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org
Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи
Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей
Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.
Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Замкнутая механическая система
Замкнутая механическая система состоит из двух произвольно движущихся частиц, заряды которых е и е2, а массы т и т2 соответственно. Доказать, что если начало координат выбрано в центре инерции, то магнитный JUL и механический М моменты системы пропорциональны друг другу, и найти коэффициент пропорциональности. [1]
Замкнутой механической системой точек мы называем такую систему, в которой движение частиц обусловлено только силами взаимодействия, или внутренними силами. [2]
Импульс замкнутой механической системы имеет различные значения по отношению к различным ( инерциальным) системам отсчета. [3]
Энергия замкнутой механической системы Е ( Р, Q) может дополнительно зависеть от заданных внешних параметров А, характеризующих, например, форму и размеры занимаемого системой объема. Согласно определению свободной энергии (1.4.3) она также должна зависеть от этих параметров наравне с зависимостью от температуры. [4]
Для замкнутой механической системы внешние силы отсутствуют, поэтому для замкнутых систем выполняется закон сохранения импульса. Поэтому центр масс и называют иначе центром инерции. [5]
Для замкнутой механической системы условие равенства нулю суммы моментов всех внешних сил, действующих на систему, всегда выполнено. Следовательно, если движение системы происходит под действием только внутренних сил, то вектор кинетического момента остается постоянным по величине и направлению во все время движения. [6]
В замкнутой механической системе сумма механических видов энергии ( потенциальной и кинетической энергии, включая энергию вращательного движения) остается неизменной. [8]
В замкнутых механических системах при любых взаимодействиях частиц полный импульс системы сохраняется независимо от того, будут ли внутренние силы потенциальными или непотенциальными. [9]
Трущиеся тела являются элементами замкнутой механической системы со многими степенями свободы. Помимо заданного относительного движения тела могут иметь другие относительные движения в соответствии со степенями свободы. Такими движениями могут быть следующие: движение в нормальном направлении к поверхности скольжения; движение в плоскости скольжения, но в направлении, перпендикулярном заданному; повороты тел около той или иной координатной оси. [12]
Как хорошо известно, в замкнутой механической системе строгими аддитивными интегралами движения являются масса, импульс и энергия. Мы не включаем сюда момент вращения, поскольку для систем с бесструктурными частицами ( взаимодействующими центрально) закон сохранения момента вращения выполняется автоматически. [13]
Это, в частности, значит, что поворот замкнутой механической системы как целого ( без нарушения условий ее существования) не повлияет на дальнейший ход физических процессов в ней. [14]
Это, в частности, означает, что при поступательном перемещении замкнутой механической системы из одного места в другое ( без нарушения условий ее существования) ход физических процессов в ней не изменится. [15]
Механическая система
| Фундаментальные понятия |
|---|
| Пространство · Время · Масса · Сила Энергия · Импульс |
| Формулировки |
|---|
| Ньютоновская механика Лагранжева механика Гамильтонова механика |
| Разделы |
|---|
| Прикладная механика Небесная механика Механика сплошных сред Геометрическая оптика Статистическая механика |
| Учёные |
|---|
| Галилей · Кеплер · Ньютон Эйлер · Лаплас · Д’Аламбер Лагранж · Гамильтон · Коши |
Класси́ческая меха́ника — вид механики (раздела физики, изучающей законы изменения положений тел и причины, это вызывающие), основанный на 3 законах Ньютона и принципе относительности Галилея. Поэтому её часто называют «Ньютоновской механикой». Важное место в классической механике занимает существование инерциальных систем. Классическая механика подразделяется на кинематику (которая изучает геометрическое свойство движения без рассмотрения его причин), статику (которая рассматривает равновесие тел) и динамику (которая рассматривает движение тел).
Классическая механика дает очень точные результаты в рамках повседневного опыта. Но для систем, движущихся с большими скоростями, приближающимися к скорости света, более точные результаты дает релятивистская механика, для систем микроскопических размеров — квантовая механика, а для систем, обладающих обеими характеристиками — квантовая теория поля. Тем не менее, классическая механика сохраняет свое значение, поскольку (1) она намного проще в понимании и использовании, чем остальные теории, и (2) в обширном диапазоне она достаточно хорошо приближается к реальности. Классическую механику можно использовать для описания движения таких объектов, как волчок и бейсбольный мяч, многих астрономических объектов (таких, как планеты и галактики), и даже многих микроскопических объектов, таких как органические молекулы.
Хотя классическая механика в общих чертах совместима с другими «классическими теориями», такими как классическая электродинамика и термодинамика, в конце 19 века были найдены несоответствия, которые удалось разрешить только в рамках более современных физических теорий. В частности, классическая электродинамика предсказывает, что скорость света постоянна для всех наблюдателей, что трудно совместить с классической механикой, и что привело к необходимости создания специальной теории относительности. При рассмотрении совместно с классической термодинамикой, классическая механика приводит к парадоксу Гиббса в котором невозможно точно определить величину энтропии и к ультрафиолетовой катастрофе, в которой абсолютно чёрное тело должно излучать бесконечное количество энергии. Попытки разрешить эти проблемы привели к развитию квантовой механики.
Содержание
Описание теории
Перейдем к изложению основных понятий классической механики. Для простоты, мы будем рассматривать только материальную точку, т. е. тело, размером которого можно пренебречь. Движение материальной точки характеризуется несколькими параметрами: её положением, массой, и приложенными к ней силами. Рассмотрим каждый из них по очереди.
В действительности, любое тело, которое подчиняется законам классической механики, обязательно имеет ненулевой размер. Настоящие материальные точки, такие, как электрон, подчиняются законам квантовой механики. Тела ненулевого размера могут испытывать более сложные движения, поскольку может меняться их внутренняя конфигурация, например, потому что теннисный мяч может двигаться, вращаясь. Тем не менее, мы сможем применить к подобным телам результаты, полученные для материальных точек, рассматривая такие тела, как совокупности большого количества взаимодействующих материальных точек. Мы сможем показать, что такие сложные тела ведут себя, как материальные точки, при условии, что они малы в масштабах рассматриваемой задачи.
Радиус-вектор и его производные
Радиус-вектор материальной точки указывает на её положение по отношению к произвольной точке, зафиксированной в пространстве, которая обычно называется началом координат, и обозначается O. Это вектор r соединяющий начало координат с частицей. В общем случае, материальная точка движется, поэтому r является функцией t, промежутка времени прошедшего с произвольного начального момента. Скорость изменения положения со временем, определяется так:
.
Ускорение, или скорость изменения скорости, это:
.
Вектор ускорения может меняться за счет изменения его направления, величины, или и того и другого. Если скорость уменьшается, иногда пользуются термином «замедление», но вообще, термин «ускорение» относится к любому изменению скорости.
Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона связывает массу и скорость частицы с векторной величиной, известной как сила. Пусть m — масса тела и F — векторная сумма всех приложенных к нему сил (то есть равнодействующая сила.) Тогда второй закон Ньютона выглядит так:
.
Величина mv называется импульсом. В большинстве случаев, масса m не изменяется со временем, и закон Ньютона можно записать в упрощенной форме
где a — ускорение, определенное выше. Не всегда выполняется условие независимости массы от времени. Например, масса ракеты уменьшается по мере использования горючего. В таких случаях последнее выражение неприменимо, и следует пользоваться полной формой второго закона Ньютона.
Второго закона Ньютона недостаточно для описания движения частицы. Дополнительно требуется описание силы F, полученное из рассмотрения сущности физического взаимодействия, в котором участвует тело. Например, сила трения может быть смоделирована как функция скорости частицы, а именно
где λ — некоторая положительная постоянная. Получив независимое выражение для каждой силы, действующей на тело, мы можем подставить его во второй закон Ньютона и получим дифференциальное уравнение, называемое уравнением движения. Продолжая наш пример, примем, что на тело действует только сила трения. Тогда уравнение движения будет иметь вид
.
Это можно интегрировать, что даст
где v0 — начальная скорость. Это означает, что скорость тела экспоненциально уменьшается со временем до нуля. Проинтегрировав последнее выражение, мы можем получить радиус-вектор r тела, как функцию времени.
Важными силами являются сила всемирного тяготения и сила Лоренца для электромагнетизма. Помимо этого, для определения сил, действующих на тело, используется третий закон Ньютона: если мы знаем, что тело A действует с силой F на тело B, значит B должно действовать с равной по величине и противоположной по направлению силой реакции, −F, на A.
Энергия
Если сила 
приложена к частице, которая перемещается на 
, то работа, совершенная силой, определяется как скалярное произведение силы и вектора перемещения:
Если масса частицы постоянна, а Wtotal полная работа, совершенная частицей, определяемая как сумма работ совершенных приложенными к частице силами, то второй закон Ньютона примет вид:
где Ek называется кинетической энергией. Для материальной точки, кинетическая энергия определяется как работа силы, ускорившей точку от нулевой скорости до скорости v :
Для сложных объектов, состоящих из множества частиц, кинетическая энергия тела равна сумме кинетических энергий частиц.
Если все силы, действующие на частицу консервативны, и Ep является полной потенциальной энергий, полученной суммированием потенциальных энергий соответствующих каждой силе, тогда:
 . |
Этот результат известен как сохранение механической энергии и утверждает, что полная механическая энергия в замкнутой системе, в которой действуют консервативные силы
является постоянной относительно времени. Это очень полезно, потому что часто приходится сталкиваться с консервативными силами.
Механическая система. Внешние и внутренние силы. Замкнутые системы.
Механической системой материальных точек или тел называется такая их совокупность, в которой положение или движение каждой точки (или тела) зависит от положения и движения всех остальных.
Материальное абсолютно твердое тело мы также будем рассматривать как систему материальных точек, образующих это тело и связанных между собой так, что расстояния между ними не изменяются, все время остаются постоянными.
Классическим примером механической системы является солнечная система, в которой все тела связаны силами взаимного притяжения. Другим примером механической системы может служить любая машина или механизм, в которых все тела связаны шарнирами, стержнями, тросами, ремнями и т.п. (т.е. различными геометрическими связями). В этом случае на тела системы действуют силы взаимного давления или натяжения, передаваемые через связи.
Совокупность тел, между которыми нет никаких сил взаимодействия (например, группа летящих в воздухе самолетов), механическую систему не образует.
Силы, действующие на точки или тела системы, можно разделить на внешние и внутренние.
Внешними называются силы, действующие на точки системы со стороны точек или тел, не входящих в состав данной системы.
Как внешние, так и внутренние силы могут быть в свою очередь или активными, или реакциями связей.
Реакции связейили просто – реакции, это силы которые ограничивают движение точек системы (их координаты, скорость и др.). В статике это были силы заменяющие связи.
Активными или задаваемыми силаминазываются все силы, кроме реакций.
Разделение сил на внешние и внутренние является условным и зависит от того, движение какой системы тел мы рассматриваем. Например, если рассматривать движение всей солнечной системы в целом, то сила притяжения Земли к Солнцу будет внутренней; при изучении же движения Земли по её орбите вокруг Солнца та же сила будет рассматриваться как внешняя.
Внутренние силы обладают следующими свойствами:
1. Геометрическая сумма (главный вектор) всех внутренних сил системы равняется нулю. По третьему закону динамики любые две точки системы действуют друг на друга с равными по модулю и противоположно направленными силами 
и 
, сумма которых равна нулю. 
2. Сумма моментов (главный момент) всех внутренних сил системы относительно любого центра или оси равняется нулю. Если взять произвольный центр О, то 
. Аналогичный результат получится при вычислении моментов относительно оси. Следовательно, и для всей системы будет:
Из доказанных свойств не следует, однако, что внутренние силы взаимно уравновешиваются и не влияют на движение системы, так как эти силы приложены к разным материальным точкам или телам и могут вызывать взаимные перемещения этих точек или тел. Уравновешенными внутренние силы будут тогда, когда рассматриваемая система представляет собою абсолютно твердое тело.
Замкнутая система – это система, на которую не действуют внешние силы.
Примером физической замкнутой системы может служить горячая вода и пар в термосе. В замкнутой системе количество вещества и энергии остается неизменным. Замкнутая система является некоторой идеализацией (модельным представлением), поскольку полностью изолировать какую-то совокупность компонентов от внешних воздействий невозможно.
19.Закон сохранения импульса.
Закон сохранения импульса: Векторная сумма импульсов двух тел до взаимодействия равна векторной сумме их импульсов после взаимодействия.
Обозначим массы двух тел 
и 
и скорости до взаимодействия 
, а после взаимодействия (столкновения) 
По третьему закон Ньютона силы, действующие на тела при их взаимодействии, равны по модулю и противоположны по направлению; поэтому их можно обозначить 
Для изменений импульсов тел при их взаимодействии на основании Импульса силы можно записать так
И тогда у нас получается, что закон сохранения импульсов выглядит так:
Экспериментальные исследования взаимодействий различных тел — от планет и звезд до атомов и элементарных частиц — показали, что в любой системе взаимодействующих между собой тел при отсутствии действия сил со стороны других тел, не входящих в систему, или равны нулю, сумма импульсов тел остается неизменной.
Необходимым условием применимости закона сохранения импульса к системе взаимодействующих тел является использование инерциальной системы отсчета.
— Время взаимодействия тел
— Импульс 1 тела до взаимодействия
— Импульс 2 тела до взаимодействия
— Импульс 1 тела после взаимодействия
— Импульс 2 тела после взаимодействия
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
