Реферат фундаментальные законы сохранения в природе

13.10.2019 DEFAULT 0 Comments

Если некоторая система имеет структуру, то она обязательно имеет и некоторую симметрию. Открытие киральной чистоты молекул биогенного происхождения. Декарт писал: "Каково бы ни было то неравенство и беспорядок, которое, как мы можем предположить, были с самого начала установлены богом между частицами материи, почти все эти частицы должны по законам природы приблизиться к средней величине и среднему движению". Второй закон термодинамики еще больше ограничивает возможности процессов превращения. В частности, закон сохранения энергии эквивалентен однородности времени , то есть независимости всех законов, описывающих систему, от момента времени, в который система рассматривается. В этом состоит принцип относительности - основной постулат специальной теории относительности Эйнштейна.

Вероятностные характеристики состояния совершенно отличны от характеристик состояния в динамических теориях. Статистические законы и теории являются более совершенной формой описания физических закономерностей, так как любой известный сегодня процесс в природе более точно описывается статистическими законами, чем динамическими.

Различие между ними в одном — в способе описания состояния системы. Смена динамических теорий статистическими не означает, что старые теории отменены и сданы в архив. Практическая их ценность в определенных границах нисколько не умаляется. При разговоре о смене теорий имеется в виду смена глубоких физических представлений более глубокими представлениями о сущности явлений, описание которых дается соответствующими теориями. Одновременно со сменой физических представлений расширяется область применения теории.

Механическая энергия подразделяется на два вида: потенциальную и кинетическую. Потенциальная энергия характеризует взаимодействующие тела, а кинетическая — движущиеся. И потенциальная и кинетическая энергии изменяются только в результате такого взаимодействия тел, при котором действующие на тела силы совершают работу, отличную от нуля. Рассмотрим теперь вопрос об изменении энергии при взаимодействии тел, образующих замкнутую систему.

Если несколько тел взаимодействуют между собой только силами тяготения и силами упругости и никакие внешние силы не действуют, то при любых взаимодействиях тел сумма кинетической и потенциальной энергий тел остается постоянной. Это утверждение называется законом сохранения энергии в механических процессах. Сумма кинетической и потенциальной энергий тел называется полной механической энергией.

Поэтому закон сохранения энергии можно сформулировать так: полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения и упругости, остается постоянной. Основное содержание закона сохранения энергии заключается не только в установлении факта сохранения природе механической энергии, но и в установлении возможности взаимных превращений кинетической и потенциальной энергий в равной количественной мере при взаимодействии тел.

Закон сохранения полной механической энергии природе процессах с участием сил упругости и гравитационных сил является одним из основных законов механики.

Знание этого закона упрощает решение многих задач, имеющих большое значение в практической жизни. Например, для получения электроэнергии широко используется энергия рек. С этой целью строят плотины, перегораживают реки.

Реферат фундаментальные действием сил тяжести вода из водохранилища за плотиной движется вниз по колодцу ускоренно и приобретает некоторую кинетическую энергию. При столкновении быстро движущегося потока воды с лопатками гидравлической турбины происходит преобразование кинетической реферат фундаментальные законы сохранения в природе поступательного движения воды в кинетическую энергию вращательного движения роторов турбины, а затем с помощью электрического генератора — в электрическую энергию.

Механическая энергия не сохраняется, если между телами действуют силы трения. Автомобиль, двигавшийся по горизонтальному участку дороги после выключения двигателя, проходит некоторый путь и под действием сил трения останавливается. Во время торможения автомобиля произошло нагревание тормозных колодок, шин автомобиля и асфальта.

В результате действия сил трения кинетическая энергия автомобиля не исчезла, а превратилась во отзыв к магистерской диссертации энергию теплового движения молекул.

Таким образом, при любых физических взаимодействиях энергия не возникает, а только превращается из одной формы в другую. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения и превращения энергии. Источники энергии на земле велики и разнообразны. Когда-то в древности люди знали только один источник энергии — мускульную силу и силу домашних животных. Энергия возобновлялась за счет пищи. Теперь большую часть работы делают машины, источником энергии для них служат различные виды ископаемого топлива: каменный уголь, торф, нефть, а также энергия воды и ветра.

Энергия окружающего нас космического пространства аккумулируется Солнцем в виде энергии атомных ядер, химических элементов, электромагнитных и гравитационных полей.

Законы сохранения, в свою очередь, обеспечивает Землю энергией, проявляющейся в виде энергии ветра и волн, приливов и отливов, в форме геомагнетизма, различного вида излучений в том числе и радиоактивности доклад детские крестовые и т.

Геофизическая энергия высвобождается в виде природных стихийных явлений вулканизм, землетрясения, грозы, цунами и т. Любые формы энергии, превращаясь друг в друга посредством механического движения, химических реакций и электромагнитных излучений, в конце концов, переходят в тепло и рассеиваются в окружающее пространство. Это явление проявляется в виде взрывных процессов, горения, гниения, плавления, испарения, деформации, радиоактивного распада.

И все возвращается на круги своя. Закон сохранения механической энергии был сформулирован немецким ученым А. Затем немецкий ученый Ю. Майер, английский физик Дж. Джоуль и немецкий ученый Г. Гельмгольц экспериментально открыли законы сохранения энергии в немеханических явлениях.

Реферат фундаментальные законы сохранения в природе 226

Таким образом, к середине XIX. В начале XX. Оказалось, что масса, определяемая по инерциальным свойствам тела, зависит от его скорости и, следовательно, характеризует не только количество материи, но и ее движение. Таким образом, закон сохранения энергии в специальной теории относительности естественным образом объединил законы сохранения массы и энергии, существовавшие в классической механике.

Реферат фундаментальные законы сохранения в природе 6737

По отдельности эти законы не выполняются, то есть невозможно охарактеризовать количество материи, не принимая во внимание ее движение и взаимодействие. Эволюция закона сохранения энергии показывает, что законы сохранения, будучи почерпнутыми из опыта, нуждаются, время от времени в экспериментальной проверке и уточнении. Нельзя быть уверенным, что с расширением пределов человеческого познания данный закон или его конкретная формулировка останутся справедливыми.

Закон сохранения энергии, все более уточняясь, постепенно превращается из неопределенного и абстрактного высказывания в точную количественную форму.

Урок 104. Импульс. Закон сохранения импульса

Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии применительно к тепловым процессам. Этот закон утверждает невозможность создания вечного двигателя первого рода, который бы производил работу без реферат фундаментальные законы сохранения в природе энергии. Отметим, что в однородном поле сил тяжести центр масс совпадает с центром тяжести системы. Спроектировав rc на координатные оси, получим декартовы координаты центра масс:.

Таким образом, центр масс движется так, как двигалась бы материальная точка с массой равной массе системы, под действием результирующих всех внешних сил, приложенных к телам системы. Это означает, что центр масс замкнутой системы движется прямолинейно и равномерно, либо покоится. Система отсчета, относительно которой центр масс покоится, называется системой центра масс сокращенно ц-системой. Эта система инерциальна.

Система отсчета, связанная с измерительными приборами, называется лабораторной системой сокращенно л-системой. Энергия и работа Энергия - это запас работы системы. Когда теоретическое осмысление экспериментальных фактов ведет к установлению некоторой симметричной закономерности, одновременно появляется и необходимость в переосмыслении теории, так чтобы она объясняла зависимости симметрического вида между этими экспериментальными фактами.

Сколько стоит написать твою работу?

Различные формы движения материи описываются в современной физике, фундаментальными теориями. Каждая из этих теорий описывает вполне определенные явления: механическое или тепловое движение, электромагнитные процессы и т. Существуют более общие законы в структуре фундаментальных физических теорий, которые охватывают все процессы, все формы движения материи.

Это в первую очередь законы симметрии, или инвариантности, и связанные с ними законы сохранения физических величин. Симметрия в физике - это свойство физических законов, детально описывающих поведение систем, оставаться неизменными инвариантными при определенных преобразованиях, которым могут реферат фундаментальные законы сохранения в природе подвергнуты входящие в них величины.

Законы, сохранения физических величин - это утверждения, согласно которым реферат фундаментальные законы сохранения в природе значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или в определенных классах процессов. Между принципами симметрии и законами сохранения существует связь, устанавливаемая теоремой Э.

Фактически во многих случаях законы сохранения просто вытекают из принципов симметрии. Огромное значение принципов симметрии и законов сохранения в современной физике состоит в том, что на эти принципы можно опираться при построении новых фундаментальных теорий. Непреложным условием справедливости всех законов природы является их соответствие этим принципам. Философское значение принципов симметрии и законов сохранения состоит в том, что они представляют наиболее общую форму выражения детерминизма.

Эти принципы демонстрируют единство материального мира, существование глубокой связи между самыми разнообразными формами движения материи, а также связь между свойствами пространства-времени и сохранением физических величин.

Сдвиг времени, т. Это означает, что все моменты времени объективно равноправны и можно взять любой момент за начало отсчета времени. Время однородно. Из инвариантности физических законов относительно этого преобразования вытекает закон сохранения энергии. Доказательство связи сохранения энергии с доклад политические лидеры россии времени достаточно сложно.

Но если бы сила притяжения тел к земле изменялась со временем т. Могли бы поднимать тела вверх в моменты времени, когда сила притяжения минимальна, и опускать их вниз в моменты увеличения силы притяжения. Сдвиг системы отсчета пространственных координат не меняет физических законов. Объективно это означает равноправие всех точек пространства однородность пространства. Перенос сдвиг в пространстве какой-либо физической системы никак не влияет на процессы внутри.

Из этой симметрии вытекает закон сохранения импульса.

Симметрия выражает сохранение чего-то при каких-то изменениях или, иначе, сохранение чего-то несмотря на изменения. Однако все попытки обнаружить кварки в природе в свободном состоянии вне адронов или получить их с помощью ускорителей элементарных частиц оказались безуспешными. О том, что тепло и есть та самая энергия, забираемая атомами, Лейбниц ещё не думал. Идеи симметрии, гармонии и сохранения были основными в структуре древнегреческой мысли и понимались как переходящие друг в друга.

Поворот системы отсчета пространственных координат оставляет физические законы неизменными. Это означает изотропность пространства: свойства пространства одинаковы по всем направлениям. Из инвариантности законов физики относительно этого преобразования вытекает закон сохранения момента импульса. Законы природы одинаковы во всех инерциональных системах отсчета. В этом состоит принцип относительности - основной постулат специальной теории относительности Эйнштейна. Соответственно физические законы не изменяются при преобразованиях Лоренца, связывающих значения координат и времени реферат фундаментальные законы сохранения в природе различных инерциальных системах отсчета.

Из принципа относительности вытекает сохранение скорости движения центра масс изолированной системы. Фундаментальные физические законы не изменяются при обращении знака времени, т. Это означает, что все соответствующие процессы в природе обратимы во времени.

Необратимость, наблюдаемая в макромире, имеет статистическое происхождение и связана с неравновесным состоянием Вселенной. Существует зеркальная симметрия природы: отражение пространства в зеркале не меняет физических законов. В квантовой механике этой симметрии соответствует сохранение особого квантового числа - четности, которое нужно приписать каждой частице. Замена всех частиц на античастицы операция зарядового сопряжения не изменяет характера процессов природы.

Таким образом, в современной физике обнаружена определенная иерархия принципов симметрии. Одни из них выполняются при любых взаимодействиях, другие же только при сильных и электромагнитных.

Эта иерархия еще отчетливее проявляется во внутренних симметриях. При всех превращениях элементарных частиц сумма электрических зарядов частиц остается неизменной. В этом состоит закон сохранения электрического заряда. Закон сохранения электрического заряда органически входит в структуру современных физических теорий, но глубокие причины выполнения этого закона остаются неизвестными.

В квантовой механике сохранению электрического заряда отвечает некоторое преобразование волновой функции калибровочное преобразованиене изменяющее уравнений этой теории. Опыт показывает, что ядерное вещество сохраняется: разность между числом тяжелых сильно взаимодействующих частиц барионов и числом их античастиц не изменяется при любых процессах. Барионы могут рождаться только парами: частица - античастица.

Самые легкие барионы - протоны - не распадаются на другие частицы. Тогда определенный таким образом барионный заряд сохраняется.

Основная статья: Первое начало термодинамики. Вообще говоря, к динамическим симметриям относят симметрии внутренних свойств объектов и процессов. При исследовании законов функционирования человека у него возник вопрос, не изменится ли количество теплоты , выделяемое организмом при переработке пищи, если он при этом будет совершать работу.

Его сохранению соответствует свое калибровочное преобразование волновой функции. Разность числа лептонов и антилептонов не изменяется при превращениях элементарных частиц.

[TRANSLIT]

В этом состоит закон сохранения лептонного заряда. В развиваемых в настоящее время единых теориях различных взаимодействий принимают, что только электрический заряд должен всегда сохраняться. Барионный и лептонный заряды, возможно, не сохраняются строго, хотя экспериментально нарушения сохранения этих зарядов пока не обнаружено. Одна из давно известных внутренних симметрии - изотопическая инвариантность. Опытным путем была установлена зарядовая независимость сильных взаимодействий, т.

Доклад о международной организацииРеферат на тему введение в профессиюОрганизация двигательной активности реферат по физкультуре
Управление персоналом отчет по практике в сбербанкеДоклад по географии вулканНедолговечна та власть которая эссе
Как называется краткое изложение докладаДоклад на тему фАномалии развития черепа реферат
Необычные темы курсовых работ по психологииТемы контрольных работ по предпринимательской деятельностиПозитивизм и его критика реферат

Например, сильные взаимодействия протона с протоном и нейтрона с нейтроном совершенно одинаковы в силу независимости их от электрического заряда. Поэтому В. Гейзенберг предложил рассматривать протон и нейтрон как два различных состояния одной частицы - нуклона. Различаются протон и нейтрон только тем, что протон электрически заряжен, а нейтрон. Небольшое различие их масс обусловлено электромагнитными взаимодействиями. При сильных взаимодействиях они выступают как одна частица. Зарядовая независимость характерна не только для нуклонов, но и для всех сильно взаимодействующих частиц.

Еще одна симметрия, связанная с сохранением нового квантового числа - странности, - выполняется при сильных и электромагнитных взаимодействиях, но нарушается слабыми взаимодействиями. При сильных и электромагнитных взаимодействиях сумма странностей всех частиц остается неизменной.

В этом и состоит закон сохранения странности. Поэтому при сильных взаимодействиях всегда рождаются пары частиц с противоположными знаками странности. Распад же этих частиц происходит под влиянием слабых взаимодействий, меняющих странность на единицу.

В результате странные частицы живут в сотни тысяч миллиардов раз дольше, чем это положено сильно взаимодействующим частицам.

Квантовая механика вскрыла специфические закономерности реферат фундаментальные законы сохранения в природе и превращения элементарных частиц. Эти закономерности не сводятся с закономерностям классической механики, и поэтому должны действовать свои законы сохранения. Открытие этих законов связано с развитием знаний о свойствах элементарных частиц. Известные в настоящее время элементарные частицы можно объединить в группы, разделение на которые определяется не только различием в массах, но и рядом других существенных свойств например, спином : фотон, лептоны в группу лептонов входят два вида нейтрино и антинейтрино, электрон, реферат фундаментальные законы сохранения в природемезоны, барионы.

Ферми обнаружила первую частицу из открытой большой группы частиц с очень малым временем жизни, так называемых резонансов. Эти образования возникают при сильном взаимодействии элементарных частиц.

Эволюция закона сохранения энергии, применение законов в квантовой теории. Свойства пространства - трёхмерность и закон возрастания энтропии. История развития ядерной физики. Законы сохранения электрического заряда и импульса. Классификация ядерных реакций по типу частиц. Закон сохранения изотопического спина и его проекции. Деление тяжелых ядер. Преимущества реакторов на быстрых нейтронах. Понятие механической системы, внутренних и внешних сил, действующих на тела системы.

Три закона Исаака Ньютона: сохранения энергии, сохранения импульса и сохранения момента импульса. Энергия и реферат фундаментальные законы сохранения в природе кинетическая и потенциальная механическая энергия. Закон сохранения механической энергии может быть выведен из второго закона Ньютона [6]если учесть, что в консервативной системе все силыдействующие на тело, потенциальны и, следовательно, могут быть представлены в виде.

В этом случае второй закон Ньютона для одной частицы имеет вид. Отсюда непосредственно следует, что выражение, стоящее под знаком дифференцирования по времени, сохраняется. Это выражение и называется механической энергией материальной точки. Этот вывод может быть легко обобщён на систему материальных точек [3]. Уравнения Лагранжа голономной механической системы с не зависящей от времени функцией Лагранжа и потенциальными силами.

В термодинамике исторически закон сохранения формулируется в виде первого принципа термодинамики :. Изменение внутренней энергии термодинамической системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил над системой и количества теплотыпереданного системе, и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход.

Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии матричный калькулятор курсовая работа совершение работы против внешних сил.

В математической формулировке это может быть выражено следующим образом:. Закон сохранения энергии, в частности, утверждает, что не существует вечных двигателей первого рода, то есть невозможны такие процессы, единственным результатом которых было бы производство работы без каких-либо изменений в других телах [7]. В гидродинамике идеальной жидкости закон сохранения энергии традиционно формулируется в виде уравнения Бернулли : вдоль линий тока остаётся постоянной сумма [8].

Если внутренняя энергия жидкости не меняется жидкость не нагревается и не охлаждаетсято уравнение Бернулли может быть переписано в виде [9]. Для несжимаемой жидкости плотность является постоянной величиной, поэтому в последнем уравнении может быть выполнено интегрирование [9] :.

В электродинамике закон сохранения энергии исторически формулируется в виде теоремы Пойнтинга [10] [11] иногда также называемой теоремой Умова—Пойнтинга [12]связывающей плотность потока электромагнитной энергии с плотностью электромагнитной энергии и плотностью джоулевых потерь. В словесной форме теорема может быть сформулирована следующим образом:. Изменение электромагнитной энергии, заключённой в неком объёме, за некий интервал времени равно потоку электромагнитной энергии через поверхность, ограничивающую данный объём, и количеству тепловой энергии, выделившейся в данном объёме, взятой с обратным знаком.

Математически это выражается в виде здесь и ниже в разделе использована гауссова система единиц. В нелинейной оптике рассматривается распространение оптического и вообще электромагнитного излучения в среде с учётом многоквантового взаимодействия этого излучения с веществом среды.

В частности, широкий круг исследований посвящён задачам так называемых трёх- и четырёхволнового взаимодействий, в которых происходит взаимодействие, соответственно, трёх или четырёх квантов излучения. Поскольку каждый отдельный акт такого реферат фундаментальные законы сохранения в природе подчиняется законам сохранения энергии и импульса, существует возможность сформулировать достаточно общие соотношения между макроскопическими параметрами взаимодействующих волн.

Этот процесс является частным случаем трёхволновых процессов: при взаимодействии двух квантов исходных волн с веществом они поглощаются с испусканием третьего кванта. Согласно закону сохранения энергии, сумма энергий двух исходных квантов должна быть равна энергии нового кванта:.

В релятивистской механике вводится понятие 4-вектора энергии-импульса или просто четырёхимпульса [13]. Его введение позволяет записать законы сохранения канонического импульса и энергии в единой форме, которая к тому же является лоренц-ковариантнойто есть не меняется при переходе из одной инерциальной системы отсчёта в другую. Например, при движении заряженной материальной точки в электромагнитном поле ковариантная форма закона сохранения имеет вид.

Также важным является тот факт, что даже при невыполнении закона сохранения энергии-импульса например, в открытой системе сохраняется модуль этого 4-вектора, с точностью до размерного множителя имеющий смысл энергии покоя частицы [13] :. В квантовой механике также возможно формулирование закона сохранения энергии для изолированной системы.

Так, в шредингеровском представлении при отсутствии внешних переменных полей гамильтониан системы не зависит от времени и можно показать [14]что волновая функцияотвечающая решению уравнения Шредингераможет быть представлена в виде:.

По определению, средней энергией квантовой системы, описываемой волновой функцией, называется интеграл. Несложно видеть, что этот интеграл не зависит от времени:. Таким образом, энергия замкнутой системы сохраняется. Следует, однако, отметить, что по сравнению с классической механикой у квантового закона сохранения энергии имеется одно существенное отличие.

Реферат фундаментальные законы сохранения в природе 1918435