Ориентационная составляющая потенциальной энергии
Известно, что различные положения тела в пространстве и его различные ориентации в нем с механической точки зрения не эквивалентны [5]. Изучению ориентационной составляющей энергии системы (т.е. той её части, которая зависит от взаимной ориентации её частей) до настоящего времени уделялось недостаточно внимания. Возможно, это было связано с тем, что для решения многих практических задач законы движения тел было удобнее сводить к законам движения отдельных материальных точек, ориентация которых в пространстве уже не имела значения. Это позволяло ограничиться рассмотрением так называемых центральных полей, потенциальная энергия которых U(r) зависела только от расстояния между телами (от радиус-вектора центра их инерции r). Иное дело, когда в качестве объекта исследования выбирается вся совокупность взаимодействующих (взаимно движущихся) тел. Именно к ней как к замкнутой системе и относятся законы сохранения. Рассмотрим, в частности, законы сохранения импульса P и момента импульса L замкнутой механической системы, состоящей из k–х тел (k=1,2, .,К):
(1)
где Pk=mkvk;Lk=rk×Pk – импульс k-го тела и момент его импульса; rk, mk, vk – радиус-вектор, масса и скорость центра инерции тела.
Согласно (1), изменение импульса Pk или момента импульса Lk любого из тел замкнутой системы невозможно без равных им по величине и противоположных по знаку изменений импульса или момента импульса всех остальных тел в тот же момент времени. С учетом конечной скорости взаимодействия это означает наличие соответствующих полей сил Fk=dPk/dt и крутящих моментов Mk=dLk/dt во всех точках рассматриваемой системы.
Параметры Pk и Lk можно представить в виде произведения их модулей Pk=|Pk| и Lk=|Lk| и единичного вектора ek, характеризующего их направление, т.е. Pk=Pek и Lk=Lek. Если классифицировать процессы по особым, не сводимым к другим изменениям состояния, которые они вызывают, то следует признать, что производные по времени t от параметров системы Pk и Lk характеризуют, вообще говоря, два различных процесса. Один из них – процесс ускорения соответственно поступательного и вращательного движения ek(dPk/dt) и ek(dLk/dt), выражающийся в изменении величины импульса Pk или его момента Lk при неизменном их направлении ek. Другой – процесс переориентации этого движения Pk(dek/dt) и Lk(dek/dt), выражающийся в изменении направления векторов Pk и Lk при неизменной величине самого импульса Pk или его момента Lk. Следовательно, изменение направления скорости vk или момента импульса Lk каждого из тел рассматриваемой системы также с необходимостью сопровождается переориентацией импульса или момента импульса всех других тел данной системы. Силы, порождающие поля Fk и Mk, принципиально отличаются по своей природе. Если, например, ускорение тела осуществляется полем центральных сил Fk, являющихся полярными векторами, то процесс его переориентации (поворота) – центростремительными силами, силами Кориолиса или магнитной составляющей силы Лоренца, являющимися аксиальными векторами. Принято считать, что эти последние силы не совершают никакой работы, поскольку они всегда направлены по нормали к вектору скорости тела vk. Отсюда якобы следует, что не существует какой-либо формы энергии, соответствующей этим силам. Между тем в замкнутой системе действуют лишь пары таких сил, т.е. крутящие моменты Mk, которые и совершают работу переориентации тел. Действительно, элементарное изменение положения любой материальной точки твердого тела ds можно представить в виде суммы члена dR, характеризующего поступательное движение тела относительно неподвижной системы отсчета, и вектора dφ×r, характеризующего его поворот вокруг мгновенной оси вращения на бесконечно малый угол dφ (где r – радиус-вектор точки в подвижной (сопутствующей) системе координат) [2]:
Немного больше о технологиях >>>
Красота – язык сверхсознания
Красота
широко разлита в окружающем нас мире. Красивы не только произведения искусства.
Красивыми могут быть и научная теория, и отдельный научный эксперимент. Мы
называем красивыми прыжок спортсмена, виртуозно забитый гол, шахматную партию.
Красива вещь, изготовленная рабочим ...
Изо всех лошадиных сил
В 1765 году англичанин Джеймс Уатт изобрел паровую
машину, положив начало длинной цепочке инноваций в двигателестроении. В 1860
году французский механик Этьен Ленуар разрабатывает первый поршневой двигатель
внутреннего сгорания. В 1889 году швед Карл Густав Патрик Лаваль, соверш ...
