Nazariy fizika kursi
e k a n li g id a n fo y d a l a n ib
Download 132.13 Kb. Pdf ko'rish
|
e k a n li g id a n fo y d a l a n ib dt 2 (2.11) \ 7 2 .2 . Impulsning saqlanish qonuni F a z o n in g bir jinsliligidan kelib chiqadigan saqlanish q o n u n in i keltirib chiqaraylik. K o 'r i b chiqishni D e k a rt k o o rd in a t sis te m asid an boshlaylik. F a z o n i n g bir jinsliligi s h u n i bildiradiki, sistem ani b u tu n lig ic h a (uni b u r a m a s d a n y a ’ni, o ‘ziga parallel qilib) bir n u q t a d a n ikkin ch isig a k o ‘- c h i r i l s a s i s t e m a n i n g h o l a t i o ‘z g a r m a y d i . B u n d a n u n i n g L a g r a n j funksiyasi h a m o ‘z ga rm aydi degan m a ’no kelib ch iq ad i. S iste m a n in g o 'z ig a parallel k o 'c h irish n i r(, —»r/, =r„ + e k o 'r in is h d a ifodalash m u m kin. B izning m a q sa d im iz g a cheksiz kichik k o 'c h ir is h yetarli b o i g a n i u c h u n e ni cheksiz kichik o 'z g a rm a s v ek to r deb q aray m iz. S iste m a ga k irg a n h e c h b i r n u q t a n i n g tezlig i o 'z g a r m a y d i : r u = ra . L a g r a n j funksiyasining o 'z g a rm a slik sharti quyidagi k o 'r in is h n i oladi: ekanligiga kelam iz. Bu fo rm u la n i esa h a ra k a t t e n g la m a la r i y o rd a m id a esa s iste m a n in g t o ‘liq im pulsi deyiladi. (2.14) fo r m u la esa s iste m a n in g t o 'l i q im p u lsi s a q l a n u v c h a n kattalik ekanligini k o 'r s a ta d i. U m u m l a s h g a n k o o rd in a ta la r sxem asida o 'ts a k , Lagranj fu n k s iy a sining u m u m la s h g a n tezliklar b o 'y i c h a hosilasi ( 2 . 12 ) K o 'c h ir i s h vektori e ixtiyoriy b o 'lg a n i u c h u n (2.13) (2.14) k o 'rin is h g a keltiram iz. Y ig 'in d ig a kirgan (2.15) kattalik a — n u q ta n in g im pulsi deyiladi, (2.16) umum lashgan im puls deyiladi. H arakat tenglam alari u larning tilida P ,= i= - (2.18) dq, k o 'rinishga ega bo'Iadi. Agar Lagranj funksiyasi b iro r q. ga bo g 'liq b o 'lm a s a uni sik lik koordin ata deyiladi. K o 'rin ib turibdiki, m a n a shu siklik koordinataga mos keluvchi um um lashgan impuls p. u c h u n tenglama Pi = 0 ko'rinishga ega bo'Iadi, b u n d a n u m u m la s h g a n im puls p. saqla- n u v c h a n kattalik bo'Iadi degan m a ’n o kelib chiqadi. (2.19) 2 .3 . Inersiya markazi Bizga massalari m r m2, . . . , mr b o 'ig a n n ta m o d d iy n u q ta d a n i b o ra t yo p iq sis te m a berilgan b o 'is in . S h u siste m a u c h u n m a s o fa o'Icham ligiga ega b o 'ig a n quyidagi kattalikni tuzaylik: Х « Л R = - ^ ----- L ma a U n d a n vaqt b o 'y ic h a hosilani V deb belgilaylik: R = v ' x - / (2-20) a Mahrajdagi sistem aning to 'liq massasini M d e b belgilansa, olingan fo r m u la d a n quyidagi form ula hosil bo'Iadi: MV = X w«v„ = X p«. (2.21) и a Im puls - additiv kattalik, sistemaga kirgan nu q talarn in g im pulslarining yig'indisi sistem aning to 'liq im pulsiga teng: Xp«=P’ ( 2 . 22 ) a void P = MV. (2.23) D e m a k , sistem aga massasi M , tezligi V va radius-vektori R b o 'ig a n b itta m o d d iy n u q ta d e k qarashim iz m u m k in ekan. (2.19) fo rm u la orqali 41 kiritilgan ra d iu s - v e k to r siste m an in g in ersiya m a rk a zi deyiladi. V tezlik esa jis m n in g b ir-b u tu n lig ic h a ilg arilanm a h a r a k a t tezligi b o 'ladi. Ikkita К va / i s a n o q sistem ani kiritaylik, u larn in g ikkinchisi birin- chisiga n isb a ta n o ‘zgarm as V0 tezlik bilan harak at qilayotgan bo'lsin. Bu h o id a h a r bir n u q ta n in g K v a K ' sistem alardagi radius-vektorlari r« = r « + V (2-24) m u n o s a b a t orqali b o g 'la n g a n b o 'la d i. Inersiya m arkazlari, siste m aning bir b u tu n lig ic h a tezliklari va impulslari u c h u n esa quyidagilarga egamiz: R n =R;, + V0r, V „ = V 4 V 0, P = P 4 M V 0. (2.25) ^ s i s t e m a d a \ T/= 0 b o 'l s i n . B u d e g a n i , K ' da s i s t e m a b ir b u tu n lig ic h a q o ‘z g ‘o l m a s d a n turibdi, u n in g to 'liq impulsi h a m nolga teng. B u n d a y san o q sistem asi in ersiya m a rk a zi sistem asi deyiladi. Bu h o id a siste m a b ir b u tu n lig ic h a К ga n isb a ta n o 'z g a rm a s V(i tezlik (va, d e m a k , o 'z g a r m a s im puls P ) b ila n h a r a k a t qilayotgan b o 'lad i. U z liksiz ta q s im la n g a n h a jm i V va zichligi P(r) b o 'lg a n sistem a u c h u n inersiya m ark a zi quyid ag ich a ifodalanadi: J d V p ( r ) r R = K j¥7i^)' (2-26) у B ir b u tu n lig ic h a q o ‘zg‘o l m a s d a n tu rg a n siste m an in g energiysi unga kirgan z a r r a c h a la r n in g ichki h a ra k a t kinetik energiyasi va o 'z a r o t a ’sir p o te n s ia i ene rg iy asid an tashkil to p g an . U siste m an in g ichki energiyasi deyiladi. Inersiya m a rk a z i sistem asida siste m an in g energiyasi u n in g ich k i en e rg iy asig a teng. К va K ' s a n o q s is te m a la rid a en e rg iy a la rn i b o g 'laylik: £ = - 1 maу; + и = - X К + v 0 )2 + 1 / = ^ a ^ a = Г X m « v «2 + X m « v « -V0 + “ + V = 2 « « 2 (2.27) = E' + P"-V0 + ^ M Y ц . Inersiya m arka zi sistem asida P ' = 0 va £ = Ekhkj. D e m a k , 42 ichki 2 u Bu fo rm ulani o ld in d an h a m yozib o h sh im iz m u m k in edi: h a ra k a t- dagi sistemaning to'liq energiyasi uning butunligicha ilgarilanma harakat kinetik energiyasi bilan ichki energiyasidan tuzilgan b o 'lishi kerak. 2.3.1-misol. Massalari bir xil b o'lgan n ta nuqtalarclan tu zilgan yop iq s i s t e m a n i n g in ersiya m arkazini to p i n g . Javob: R = ^ I X - (2.28) 2.3.2-m isol. Z ic h lig i bir u c h id a n h iso b la n g a n d a ax* q o n u n b o 'y i c h a o ' z g a r a d i g a n va u z u n li g i L ga te n g si m berilgan b o 'l s i n . U n i n g inersiy a m ark azin i to p in g . Javob: L f d x a x k+] „ Л ---------= i ± I , . . j w 1 + 2 < 2 2 9 ) о 2.3.3-m isol. R radiusli bir ji n sli a y l a n a n i n g c h o r a g i k o 'r i n is h ig a e g a b o 'l g a n in g i c h k a p la s tin a n in g in ersiy a m a r k a z in i t o p i n g (k o o r d i n a t b o s h i — a y la n a n i n g m arkazida). Javob: Inersiya m ark azin in g jc — koordinat asi: R ж 12 Г dr? 2 I dip cos (p R - о о - 4R R ж/2 Ъ л ' (2.30) J d r r J dtp о 0 о - 4 R у - k oord in ata ham h u d d i s h u n d a y q iy m a tg a ega: 2.3.4-m isol. R radiusli s h a m i n g y u q o r i p a ll a s i n in g inersiy a m a r k a z in i t o p i n g . S h a r z i c h l i g i m a r k a z d a n m a s o f a n i n g /с- d a r a j a s ig a p r o p o r s i o n a l b o ' l s i n . K o o r d i n a t a m ark azin i s h a m i n g m ark a zig a q o 'y ils a m a s a la n in g s i m m e t riy asid an R x = R = 0 ekanligi kelib chiq ad i. Л. quyid agiga teng: R ;г/2 2л Jdrr*4"3 | d0sin0cos0 J d R = £ — r ---------'2- }- ------------- ^ ------ = - — R. ( 2 3 1 ) '• / 2 2? 2 k + 4 jd>r*~2 J d0sin0 J d l' о и ЗА’ Bir jinsli (k = 0) yarirnshar uchun • О 2 .4 . H arakat miqdori m om entining saqlanish qonuni F a z o n in g izotropligi bilan bog 'liq b o 'ig a n saq la n u v c h a n k attalikni keltirib chiqaraylik. F a z o n in g izotropligi shuni bildiradiki, s is te m a bir b u t u n l ig ic h a b i r o r b u r c h a k k a b u rils a u n i n g xossalari o 'z g a r m a y d i . S h u n g a k o 'r a , siste m an in g L agranj funksiyasi h a m o'z g arm aslig i kerak. B uralish b u rc h a g m i o 'z g a r m a s va cheksiz kichik deb q araym iz. B uralish q a n d a y d ir b ir y o 'n a lis h — o 'q atrofida roy berishi kerak, d e m a k u nga v ek to r kattalik m os kelishi kerak. Shu boisdan Sep buralish vektori d e g a n d a son q iym ati buralish burchagi |<5 ga va y o 'n a lis h i buralish o 'q ig a m os keluvchi v e ktorni k o 'z d a tutam iz. V e k to rla r algebrasining qoidalari b o 'y i c h a ixtiyoriy n u q t a n i n g r ; radius-vektori 8(p b u r c h a k k a b u rilg a n d a quyidagicha o 'z g a ra d i: Г,' = ru + S r , = r„ + [Spr,, ]. (2.32) S h u n g a k o 'r a tezlik u c h u n h am = '*u+5va = v« + [^pva]. (2.33) r-~^r ga ega boMamiz. B uni yoki avvalgi fo r m u l a d a n vaqt b o ' y i c h a h o s i l a o l i b , y o k i v e k t o r l a r a l g e b r a s i ‘! / q o idalarini bevosita tezlik vektori v.( ga q o 'l l a b olish ‘/ m u m k in . D e m a k . sistem ani b u tu n lig ich a k ich ik 8(p b u rc h a k k a burd ik , b u n d a sistem aga kirgan h a r bir m o d d iy n u q ta n in g radius-vektori va tezlik vektori y u q o r i d a g i q o i d a l a r b o ' y i c h a o ' z g a r d i . A m m o ^Buralish s iste m a n in g Lagranj funksiyasining o 'z g a ris h i nolga burchagi. t e n § bo'isin: 44 H a ra k a t ten g lam alarid an va uch vektorlarning aralash k o 'p a y tm a s i q o id asid an foydalanib, bu tengiik qulay ko'rinishga keltiriladi: ( 2 . 3 5 ) K ichik b urc hak 5 ixtiyoriy b o'lgani uch u n nolga vaqt b o 'y ic h a hosilali k o 'p a y tu v e h in i tenglashtirish kerak: Yig'indiga kirgan kattalikni impuls (yoki, h a ra k a t m iqdori) m om enti deb ataladi: O lingan (2.36) fo r m u la esa fazon in g izotropligidan kelib chiqadigan im puls m om entining saqlanish qonunini bildiradi. Im p u ls m o m e n t i v ektor kattalik b o 'lg a n i u c h u n uning to 'liq saqlanishi u c h t a saqlanish q o n u n in i beradi - А/ , M , М.. Lekin h a m m a vaqt h a m fazo to 'liq izotrop b o 'lave rm aydi. Tashqi m a y d o n u m u m a n o lg a n d a izotporlikni buzadi. A m m o b a ’zi bir h ollarda tashqi m a y d o n m a ’lu m bir y o'na lish b o 'y ic h a izotroplikni saqlab qoladi. Bu h olda im puls m o m e n tin i n g shu y o 'n a lis h b o 'y ic h a k o m p o n e n ta s i saq la n u v c h a n bo'ladi. M asalan, markaziy m aydonni olaylik. Markaziy m aydonda jismga ta ’sir qilayotgan k u c h faqat m arka zgac ha b o 'lg a n masofaga bog'liq b o 'la d i. Bu h olda sistem aning xossalari m a rk a z d a n c h iq q a n ixtiyoriy o 'q atrofida aylan- g a n d a o 'z g arm ay d i. Shutiga k o 'r a , m o m c n t n m g m a rk a z d a n c h iq q a n ixtiyoriy o 'q q a proyeksiyasi saqlan u v c h an kattalik b o 'lad i. B uni (2.35) dan k o'rish m u m k in . Ixtiyoriy shunday bir o 'q n i olib, u n i z o 'q i deb (2.36) U (2.37) и b e l g i l a y l i k . B u h o i d a b u r a l i s h b u r c h a g i 5(p = { 0 , 0 , 5 } k o ' r i n i s h g a e g a b o ' l a d i . S h u n g a k o ' r a ( 2 . 3 5 ) d a g i s k a l a r k o ' p a y t m a 5(P i ~ ^ h P a l = 0 ( 2 . 3 8 ) a k o ' r i n i s h n i o l a d i . B u d e g a n i e s a , b u h o i d a s a q l a n u v c h a n k a t t a l i k M e k a n l i g i n i b i l d i r a d i . M a r k a z i y m a y d o n d a z o ' q i s i f a t i d a i x t i y o r i y o ' q n i o l i s h m u m k i n . 2 . 4 . 1 - m i s o l . { M x , M y , M z } larni silindrik k o o rd in a t la r orqali if o d a la n g . D e k a r t ( x , y , z ) va s i lin d r ik ( r , ( p , z ) k o o r d in a t la r q u y i d a g i c h a b o g ' langan: x = rc o s ( p , y = rs \rup, z = z. ( 2 . 3 9 ) А / ni topaylik: M , = y p . - z p x = m ( y z - z y ) = m (/" sin (pz - z r s in < p - z r c o s <рф) = . , . ... ( 2 . 4 0 ) = hi sin cp(rz - z r )- mzr cos qxp. H u d d i sh u y o ' s m d a b o s h q a k o m p o n e n t a l a r h a m top iladi: M v = z P i - x p , = m ( z x - x i ) = m c o s < p ( z r - r z ) - m z r s in M_ = x p y - y p t = m(xy - yx) = (2 - 4 1 ) = m \ r c o s (p ( r s in (p + г ф c o s i p ) — / sin cp(r c o s r т г 2ф. Bu m i s o l d a n bir fo y d a l i m u n o s a b a t keltirib c h iq a r ish i m u m k i n . Agar m o d d i y n u q t a n i n g silindrik s i s te m a d a g i Lagranj fu n k s iy a sin i £ = y [ x 2 + j 2 + i 2 ) - u (-v> J . = ~ ( r 2 + г 2ф 2 + r ) - U ( r , ф , z ) ( 2 . 4 3 ) y u q o r id a t o p i lg a n Л/ bilan taq q os lan sa dL M . - — = m r ( p ( 2 .4 4 ) e k a n l i g i t o p i l a d i . D e m a k , u m u m l a s h g a n (p k o o r d i n a t a g a m o s k e l u v c h i u m u m l a s h g a n im p u ls M. ga ten g b o i a r ekan: p 9 — M _ . 2 . 4 . 2 - m i s o l . { Л / , M , M ) larni sferik ko o rd in a tla r orqali ifod ala n g. D e k a r t (x , y , z) va sferik ( г , ( р , в ) ko o rd in a tla r q u y id a g i c h a bog'la n g a n : 46 х = /'c o s ф sin в, v = r sinф sin 0, : = r c o s 0 . ( 2 . 4 5 ) B iz g a x , у va Z lar kerak bo'lad i. U la r q u y id a g ic h a h is obla nadi: x = г cos sin 0 - гф sin sin 0 + rQ cos cos 0; у = r sin ф sin 0 + гф cos ( 2 . 4 6 ) z = r cos в - гв sin в. N a v b a t m a navbat har bir k o m p o n e n t a topiladi: M x = yp t - z p v = m{yz - zy) = - m r 1 ( 0 sin <0 + 0 s in 0 c o s 0 cos ^>); (2 .4 7 ) M x - z p x - x p . = m (z.x- xz) = m r 2 ( 0 coscp- ф sin 0 c o s 0 sin (2 .4 8 ) M . - x p t - y p t = m(xy - yx) = mr' sin" вф. ( 2 .4 9 ) M o d d i y n u q ta Lagranj fu n k siyasin in g sferik s i ste m a d a g i if o d a sin i L = — (.v2 + y 2 + z2 ) - l / ( . v . г .г) = ~ ( ' 2 + Г2ф2 sin2 0 + r 26 2 'j-U (r,< p ,e ) ( 2 . 5 0 ) ( 2 .4 9 ) b ila n taqqosla nilsa, y a n a dL ( 2 . 5 1 ) e kanligi top ilad i. B u koordin atla rda h a m koord in ataga m o s k e lu v c h i u m u m las h gan im p u ls m o m e n t n i n g z ~ k o m p o n e n t a s i g a t e n g b o 'l ib chiqdi: P< p = M z- 2 .5 . Virial teorem a F in it h a ra k a t qilayotgan m o d d iy n u q ta l a r d a n iborat siste m an i olib qaraylik. B u n d a y sistemadagi h e c h bir jism vaqt o'tishi bilan chesizlikka ketib qolm aydi. Agar siste m aning potensial energiyasi o 'z o 'z g aru v ch ilarin in g k - tartibli bir jinsli funksiya b o 'lsa, y a ’ni U (ar, ,a r2,...,arH) = a kU (r, .r2,...,r)I), (2 .5 2 ) k in etik , p o te n s ia l va to 'liq e n e rg iy a la rn in g v a q t b o 'y i c h a o 'r t a c h a qiym atlari ora sid a sodda m u n o s a b a t o 'r n a tis h m u m k in . B uning u c h u n d ek a rt k o o rd in a t sistem asida a z a rra c h a u c h u n h a ra k a t ten g lam asin i vozib olavlik: 47 и и и а - \ ( j ; Эга v ' U ning ikkala t o m o n in i r a ga skalar k o ‘paytirib, h a m m a zarralar b o 'y ic h a yig'indiga o'tiladi: I X v r , , = - ^ г и-Уи1] . (2.54) il cl C h a p va o i i g t o m o n l a r ustida quyidagi aim ashtirishiarni bajaraylik. B irin ch id an , (2.55) Ik k in c h id a n , potensial energiya к tartibli bir jinsli funksiya b o i g a n i u c h u n Eyler teo re m asi b o ‘yicha ( 2 5 6 ) (I D e m a k , Vaqt b o ‘yich a o ‘rta c h a q iy m at ixtiyoriy funksiya / u c h u n quyi- dag ich a t a ’riflanadi: l r f = n m - 1 fill. (2.58) и S hu t a ’rif asosida (2.57) ning ikkala t o m o n in i o 'rta la sh tiram iz . S istem a fa qat finit h a r a k a t qilayotgani u c h u n c h a p to m o n d a g i birin ch i h a d n in g o ‘rta c h a q iy m a ti n o lg a te n g boMadi. N a ti j a d a q u yidagi ifo d ag a k e- linadi: I > !, U =kU. (2.59) a K inetik energiya u c h u n a ekanligini hisobga olib topilgan fo rm ulani 2 T = k U . (2.61) k o 'r i n i s h d a y o z ib olish m u m k i n . T o 'l i q e n e rg iy a n i h a m b u n d a y m u n o sab atlarg a kiritilsa, vaqt b o 'y ic h a o 'r t a c h a qiym atlar u c h u n + ~> — к + 2 - E = T + U = —~—U = —-— T (2.62) 2 к m unosabatlarga kelinadi. Topilgan niunosabatlar virial teorem ani tashkil q ila d i1. U larn in g hususiy hollari qiziqarlidir. M asalan, kichik t e b ra n ish larga o 'tilsa к = 2 bo'Iadi, dem ak, U = T = - E . 2 G ravitatsion va kulon elektr m ay d o n larid a potensial U ~ ) / r k o 'r i nishga ega, y a ’ni k = — 1. Bu hollarda U = - 2 T va F . = - f bo'Iadi. K inetik energiyaning h a m m a vaqt m usbatligidan kelib ch i- qadiki, gravitatsion va kulon m a y d o n la r id a finit h arakat qilayotgan z a rra c h a n in g to 'liq energiyasi m anfiy b o 'l a r ekan. H a ra k a t ten g lam asi (2.53) ga qaytib kelaylik. (2.52) ga kirgan ko o rd in atlarn i «cho'zish» Г — > Г — ( Х Г » £, / к (( bilan bir v a q td a vaqt ustida ham i ~ ^ t ' = p t (2.63) alm ashtirish bajarilsa, harakat te n g la m a n in g c h a p to m o n i a / p 2 ga k o 'p a y ad i, o 'n g t o m o n i esa (2.52) b o 'y i c h a a k"x ga k o 'pa yadi. K o 'r in ib turib d ik i, P = a'~kl2 (2.61) shart bajarilsa h a ra k a t tenglam asi o 'z g a rm a y d i. D e m a k , U tashqi m a y d o n d a z a r r a c h a u c h u n r ;(/) funksiya q a n d a y d ir tra y e k to riy a n i ifodalasa г / ( У ) funksiya h a m huddi shu tashqi m aydondagi m u m k in 0>5> Download 132.13 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling