2. Mexanik energiya nima?

mehanikaning saqlanish va aylanish qonuni — tabiatning eng muhim asosiy qonuniyatlaridan biri; unga koʻra, har qanday berk tizimda energiya yoʻqdan bor boʻlmaydi va yoʻqolib ketmaydi, faqat bir turdan ikkinchi turga aylanib turadi. Berk tizimda faqat konservativ (oʻzgarmas) kuchlar mavjud boʻlsa, tizimning toʻliq mexanik energiyasi oʻzgarmas qiymatga ega boʻlib qoladi, yaʼni kinetik energiya potensial energiyaga aylanib turadi va aksincha. Agar berk tizimda konservativ kuchlardan tashqari nokonservativ (oʻzgaruvchan) kuchlar (mas, ishqalanish kuchlari) ham boʻlsa, tizimning toʻliq mexanik energiyasi vaqt oʻtishi bilan kamayib boradi. Natijada nomexanik energiyalar: issiqlik yoki kimyoviy, elektromagnit maydon energiyalari va boshqalar vaqt oʻtishi bilan ortib boradi. Ammo energiyaning barcha turlari yigʻindisi vaqt oʻtishi bilan oʻzgarmaydi. Tizimda sodir boʻlayotgan jarayonlarning tabiatiga qarab, Energiyaning saqlanish va aylanish qonuni va a. q. turlicha ifodalanadi va matematik shaklda yoziladi. Klassik fizikada moddaning saqlanish qonuni tinch holatdagi massaning saqlanishini ifodalaydi. Holbuki, tinch holatdagi massa saqlanmasligi mumkin, chunonchi, shunday holda annigilyatsiya hodisasida roʻy beradi. (4) formuladan tinch holatda turgan jismga turli usullar bilan berilgan LE energiya jism massasining At ga ortishiga sabab boʻlishini koʻrsatadi.
Barcha moddiy hodisalar uchun, ularning tabiati va xarakteridan, katta kichikligi, masshtabidan qatʼi nazar, E.s va a. q. eng asosiy qonunlardandir. Fan sohasidagi yangi gʻoyalar va faktlarda baʼzan E.s va a.q.ni inkor etuvchi ayrim fikrlar uchrab turgan. Chunonchi, radioaktivlik yoki yemirilish hodisalari E.s va a.q.ga qarshi kechadi degan fikrlar ham boʻlgan, ammo yuqoridagi radiaktivlik yoki yarim yemirilish materiyaning saqlanish qonuniga bo'ysunadi (o'sha materiya ham aslida energiya, faqat boshqa ko'rinishi). Lekin masalani tegishli ravishda nazariy va eksperimental tahlil qilish natijasida Energiyaning saqlanish va aylanish qonuni va a.q. haqiqatan toʻgʻri va universal qonun ekanligi aniqlandi. Elementar zarralar, galaktikalar va metagalaktikalar dunyosida roʻy beruvchi hodisalarni oʻrganishda Energiyaning saqlanish va aylanish qonuni va a.q. bilan bogʻliq ziddiyatlar va muammolar hozirgi zamon fizikasida har tomonlama tekshirilmoqda.
E.s va a.q.dan tashqari impulsning saqlanish qonuni, impuls momentining saqlanish qonuni va elektr zaryadning saqlanish qonuni, h. k. kattaliklarning saqlanish qonunlari bor. Ularning har biri qandaydir simmetriya xususiyati bilan bogʻlangan. Jumladan, Energiyaning saqlanish va aylanish qonuni va a.q. vaqt simmetriyasi, vaqtning bir jinsliligi xususiyati bilan bogʻlangan (qarang Simmetriya).
\ Nyutonning birinchi qonuni. Nyutonning birinchi qonuni quyidagicha ta’riflanadi: har qanday jism, boshqa jismlar ta’siri boshlang’ich holatini o’zgartirishga majbur etmaguncha, o’zining tinch yoki to’g’ri chiziqli tekis harakati holatini saqlaydi.
Futbol to’pining futbolchi tepmagunicha maydonda tinch turishi, avtobus harakati boshlanganda orqa tomonga, harakatlanayotgan avtobus to’xtaganda oldinga qarab silkinishimiz bu qonunning kundalik hayotimizda o’rinli ekanligini ko’rsatadi.
Shu bilan birga, Nyutonning birinchi qonuni “inertlik” tushunchasi bilan chambarchas bog’liqdir.
Inertlik. Inertlik deb, jismning tinch yoki to’g’ri chiziqli tekis harakat holatini saqlash xususiyatiga aytiladi. Shuning uchun ham Nyutonning birinchi qonunini inersiya qonuni ham deyishadi. Nyuton qonunlari faqat inersiyal sanoq sistemalarida bajariladi.
Inersiyal sanoq sistemasi. Nyutonning birinchi qonuni bajariladigan sanoq sistemalariga inersial sanoq sistemalari deyiladi. Inersiyal sanoq sistemasiga nisbatan tinch yoki to’gri chiziqli tekis harakat qilayotgan har qanday sistema inersiyal sanoq sistemasi bo’ladi.
Tajribalar shuni ko’rsatadiki, geliotsentrik (koordinata boshlari quyoshning markazida) sistemani inersial sanoq sistemasi deb hisoblash mumkin. Fizikada jud ko’p sistemalar inersial sanoq sistemalari sifatida qaraladi, chunki bu hollarda yo’l qo’yiladigan xatoliklar e’tiborga olmaydigan darajada kichik bo’ladi.
Nyutonning qonunlari bajarilmaydigan har qanday sanoq sistemasiga noinersial sanoq sistemasi deyiladi.
Endi dinamika uchun juda zarur bo’lgan massa va kuch tushunchalari bilan tanishaylik.
Massa. Jismning massasi materiyaning asosiy harakteristikalaridan biri bo’lib, uning inertligining miqdoriy o’lchovidir.
Boshqacha aytganda, tinch yoki to’gri chiziqli tekis harakat holatini saqlash xususiyati kata bo’lgan jismning massasi ham kata bo’ladi. Fizikada massani m harfi bilan belgilash qabul qilingan. SI sistemasida massa birligi bir kilogramm, yani [m]=1kg. Jismning tinch yoki to’g’ri chiziqli tekis harakat holatini o’zgartirish uchun unga tashqaridan ta’sir ko’rsatilishi kerak. Bunday ta’sirni harakterlash uchun kuch tushunchasi kiritiladi.
Kuch. Kuch ta’sirida jism o’zining harakat tezligini o’zgartiradi, ya’ni tezlanish oladi. Bu kuchning dinamik namoyon bo’lishi deyiladi. Shuningdek, kuch ta’sirida jism deformatsiyalanishi, ya’ni shakli va o’lchamlarini ham o’zgartirishi mumkin. Bunga kuchning statik namoyon bo’lishi deyiladi. Kuch vektor kattalik bo’lib, nafaqat son qiymati bilan, balki yo’nalishi va qaysi nuqtaga qo’yilishi bilan ham xarakterlanadi.
Kuch – vektor kattalik bo’lib, jismga boshqa jismlar va maydonlar tomonidan ko’rsatilayotgan mexanik ta’sirning o’lchovi hisoblanadi va bu ta’sir natijasida jism yoki tezlanish oladi, yoki o’zining shakli va o’lchamlarini o’zgartiradi.
Fizikada kuchni F harfi bilan belgilash qabul qilingan.
Kuch ta’sirida jismning mexanik harakati qanday o’zgaradi? Bu savolga Nyutonning ikkinchi qonuni javob beradi.
Nyutonning ikkinchi qonuni. Quyidagicha tajriba o’tkazamiz: Dastlab, o’zgarmas massali jismga (m=const) turli kuchlarning ta’sirini ko’raylik. Masalan, futbol to’pini yosh bola, o’spirin va futbolchi tepsin. Tabiiyki, to’p eng katta tezlanishni futbolchi tepganida oladi, boshqacha aytganda, jismning oladigan tezlanishi unga ta’sir etayotgan kuchga to’g’ri proportsional bo’ladi, ya’ni

Endi futbolchi (F=const) rezina koptokni, futbol to’pini va bokschilar mashq o’tkazadigan to’pni tepgan holni ko’raylik. Bu tajriba o’zgarmas kuch ta’sirida jismning oladigan tezlanishi uning massasiga teskari proportsional ekanligini ko’rsatadi, ya’ni

Agar yuqoridagi xulosalar umumlashtirilsa,

hosil qilinadi.
Yoki tezlanish a va kuch F vektor kattaliklar ekanligini e’tiborga olsak,

Bu formula Nyutonning ikkinchi qonunini ifodalaydi: jismning oladigan tezlanishi unga ta’sir etayotgan kuchga tog’ri, massasiga esa teskari proporsional bo’lib, yo’nalishi ta’sir kuchining yo’nalishi bilan mos keladi.
Nyutonning uchunchi qonuni. Biz biror jismning yoki jismlarning, boshqa jismga ta’siri haqida gapirdik. Tabiyki, ta’sir ko’rsatilayotgan jism o’zini qanday tutadi, degan savol tug’iladi. Tajribalarning ko’rsatishicha, u ham ko’rsatilayotgan ta’siriga teng va qarama-qarshi yo’nalgan kuch bilan ta’sir ko’rsatadi. Moddiy nuqtalar (jismlar) orasidagi bunday o’zaro ta’sir Nyutonning uchunchi qonuni yordamida aniqlanadi: moddiy nuqtalaning bir-biriga har qanday ta’siri o’zaro ta’sir harakteriga egadir. Moddiy nuqtalar ta’sir kuchlarining kattaliklari doimo bir-biriga teng, yo’nalishlari qarama-qarshi va ularni tutashtirgan to’g’ri chiziq bo’ylab yo’nalgan:

Masalan, ikkita qayiq haydovchilari arqonning ikki tomonidan ushlab turgan bo’lishsin. Ular orasidagi masofaning teng o’rtasini belgilaymiz. Endi qayiq haydovchilaridan biri arqonni torta boshlasin. Ikkinchisi esa arqonning uchini ushlab turaversin. Qayiqlar oradagi masofaning teng o’rtasida uchrashganini ko’ramiz. Bu tajriba Nyutonning uchinchi qonuni o’rinligini ko’rsatadi. Shuningdek, markazga intilma va markazdan qochma kuchlarning tengligi ham Nyutonning uchinchi qonunining isbotidir.