Импульстің сақталу заңы
Импульстің сақталу заңын оқып-үйрену үшін, тұйық жүйедегі массалары бірдей, жылдамдықтары әртүрлі екі дененің өзара әсерлесуіқарастырылады. Импульстің сақталу заңы Ньютонның екінші және үшінші заңынан қорытылып шығады.
Әсерлескен екі дененің импульстерінің өзгерісі модульдері бойынша тең де, бағыттары қарама-қарсы болатыны дәлелденеді.
Ары қарай заң тұжырымдалады: тұйық жүйені құрайтын денелердің импульстерінің векторлық қосындысы уақыт өтуімен осы денелердің кез келген қозғалысында және өзара әрекеттесуінде өзгермейді.
Импульстің сақталу заңына міндетті түрде эксперименттік тәжірибе көрсетіліп, мысалдар келтіріліп, есептер шығарылуы тиіс. Мынандай, тәжірибелерді көрсетуге болады: рельспен қозғалатын арбашаның өзара әсерлесуі, екі шардың, өзара әсерлесуі, жеңіл арбаша үстіне қойылған бұрандалы, ойыншық және т.б.
Импульстің геометриялық қосындысы (векторлық) жайында түсіндіру үшін, есеп шығарғанда алдымен графиктік есептерден бастаған дұрыс. Мысалы мына түрдегі есепке тоқталайық. «Радиактивті ядро бөлінгенге дейін біршама жылдамдықпен қозғалып импульске ие болады. Бөлінген кездегі жарықшақтардың импульстерінің қосындысы бастапқы импульсқе тең екенін көрсетіндер».
Бұл есепті шығарғанда химиямен байланысын қарастырған дұрыс. Ыдыраған кездегі атом ядросының импулъсі және жарықшақтардың импулъсі берілген. Есептің шешуі графиктік түрде суретте көрсетілген.
Сонымен бірге дене релятивистік жылдамдықпен қозғалатын болса, тұйық жүйедегі релятивистік импульстің коеындысы, денелер арасындағы кез келген өзара әсерлесуде тұрақты болып қалады. Ал, импульс р жылдамдықпен мына түрде байланысады:
Классикалық механиканың қолдану шегін қарастырайық. Жарық жылдамдығынанәлдеқайда аз жылдамдықтарда(<<с) қатыпасы
, сондықтан да дененіңимпульсітеңболады.
Бұл тендік Ньютон механикасы үшін дұрыс.
Импульстің сақталу заңын оқып-үйрену негізгі мектеп курсында реактивті қозғалысқа қолданумен аяқталады. Ракетаның қозғалыс жылдамдығын анықтағанда импульстің сақталу заңы қолданылады. Ракета қабықшасының жылдамдығы:
vр.қаб=-m2 v2/mр.қаб
мүндағы mр.қаб ракета қабықшасының массасы; vр.қаб ракета қабықшасының жылдамдығы; m2 және v2 - жанған отынның массасы мен газдың ағу жылдамдығы.
Механикалық энергия және оның сақталу заңы
Механикалық знергияның ең қарапайым түрі кинетикалық энергия. Ол барлық жағдайда (материялық нүкте үшін де) масса мен жылдамдықтың квадратының көбейтіндісімен анықталады. Потенциалдық энергия өзара әсерлесу күштеріне байланысты болғандықтан өрнегі өзгеріп отырады. Сондықтан да механикада энергия ұғымын кинетикалық энергиядан бастап қалыптастырған дұрыс.
Кинетикалық энергия. Жұмыстың анықтамасын және Ньютонның екінші заңын пайдаланып материялық нүктеге әсер ететін кез келген күштің жұмысы кинетикалық эпергияның өзгерісіне, яғни өрнегіндегі жылдамдықтың өзгерісіне тең екенін көрсету қиын емес. Кинетикалық энергия үшін күштің қай түрі болса да, ауырлық күші ме, серпімділік күші ме, үйкеліс күші ме бәрі бір. Егерде күш жұмысы оң болса (А > 0) кинетикалық энергия артады (), теріс болса (А < 0) кинетикалық энергия кемиді(). Жүйенің кинетикалық энергиясы, осы жүйеге кіретін денелердің кинетикалық энергияларының қосындысына тең болады.
Кинетикалық энергия жұмыс сияқты санақ жүйесіне байланысты болады.
Потенциалдық энергия. Механикада энергияның бұл түрін қарастырғанда оқушылар оның кем дегенде екі дененің өзара әсеріне байланысты өзгеретінін білулері қажет.
Біріншіден - мұғалім оқушыларда потенциалдық энергия ұғымын қалыптастырғанда потенциалдық энергия денелер жүйесіне байланысты екеңдігін ескеруі керек.
Екіншіден оқушылардың негізгі мектепте алған потенциалдық энергия үғымын кеңейтіп, тек қана Жер бетінен жоғары орналасқан денелердің ғана емес, серпімді деформацияланган денелердің де потенциадцық энергиясы болатынын көрсетіп, өрнегі беріледі.
Үшіншіден - денелер жүйесінің нөлдік деңгейін анықтау өз қалауымызша алынатынын ескерту қажет. Потенциалдық энергия осы нөлдік деңгейді таңдауымызға байланысты болады.
Потенциалдық энергияны анықтаудағы нөлдік деңгей үғымын енгізу әдістемесін қарастырайық. Мұнда мынандай маңызды кезеңдерді көрсетуге болады.
1. Потенциалдық энергияның өзін емес өзгерісін анықтайды. Мысалы: Жер бетіне жақын маңдағы ауырлық күші үшін:
мүвдағы һ1және һ2дененіңжерденбастапқыжәнесоңғыкүйлерініңбиіктігі.
Деформацияланғансеріппеніңпотенциалдықэнергиясыныңөзгерісі
Мұндағы — серпімділік коэффиценті, және серіппенің бастапқы және соңғы деформациясы.
Жұмыс энергияның өзін емес өзгерісін анықтайды, сондықтан да энергияның өзгерісінің ғана физикалық мағынасы бар. Осыдан барып жүйенің потенциаддық энергиясы нөлге тең деңгейі ерікті түрде таңдап алынады.
|