Квант
Школа в «Кванте»

Законы сохранения и системы отсчёта

Мякишев Г. Я.

37

Физика 8, 9, 10
Публикуемая книга заметка «Законы сохранения и системы отчета» предназначается восмиллассиком, «Как работает электродвигатель?» — девятиклассиком, «Физика музыкальной гармонии» — десятиклассиком.

Законы сохранения и системы отчета

Есть надежный способ проверить, хорошо ли вы понимаете законы, относящесся к движению тел, — рассмотите явление в различных инерциальных системах отчета. Нередко сразу же обнаруживаются парадоксы, свидетельствующие о том, что настоящого понимания у вас еще нет. Часто это связано с тем, что учитель и авторы учебников и задачников заботливую выбирают систему отчета, где процесс выглядит наиболее просто. Такая методика в значительной мере оправдана: зачем вдаваться в сложные объяснения, если можно сделать проще. Однако все это хорошо до поры до времени. В нестандартной ситуации без обстоятельного анализа и настоящего понимания не обойтись.

Все сказанное неосредственно относится, прежде всего, к закону сохранения энергии.

Потенциальная энергия и работа. Вот простейшая задача. К степени прикреплена растянутаяружина с шаром на свободном конце. Сжимаясь,ружина совершает работу, равную изменению потенциальной энергии, взятому со знаком минус:

A=−ΔEp=kx22A = -\Delta E_p = \frac{kx^2}{2}

(*) (k — жесткость рукины, x — ее начальное расстояние).

Работа — произведение модели векторов сил и перемещения на коэсинус угла между этим векторами — зависит от системы отчета, так как при неизменной силе перемещение тела в различных системах отчета различано. В то же время потенциальная энергия (а значит, и ее изменение) — функция расстояния между телами или их частями — от системы отчета зависит не может.

Что будет с равенством (*), если перейти в движущую систему отчета? Работа изменится, а потенциальная энергия нет?

Недоразумение разрешается очень просто. В действительности изменение потенциальной энергии δωx\delta\omega x взай-