ავტორი: იოანე შენგელია

დავიწყოთ იმით, რომ ფიზიკის მეცნიერება იყოფა დარგებად და თითოეული დარგის ამოცანა თავისებურია და განსხვავებული.

მაგალითად, მექანიკის ძირითად ამოცანას წარმოადგენს ფიზიკური სისტემების მექანიკური მოძრაობების კანონზომიერებების შესწავლა. თეორიული მექანიკის ამოცანას წარმოადგენს ამ კანონზომიერებების „მიღება“ გარკვეული მსჯელობით და რაღაც საბაზისო პრინციპებზე დაყრდნობით. სტატისტიკური ფიზიკის ამოცანაა მიიღოს თეორიული მსჯელობით აწ უკვე ცნობილი თერმოდინამიკის კანონები. კვანტური მექანიკის ამოცანაა დაადგინოს კვანტური ობიექტების აღმოჩენის ალბათობა და ამ ალბათბის სივრცე-დროში განაწილების კანონზომიერება. და ა.შ.

თითოეულ დარგს თავისი შესასწავლი ობიექტი აქვს და ამ ობიექტის თავისებურებების შესაბამისად ყალიბდება ძირითადი ამოცანაც. ამ სტატიაში გვექნება საუბარი ფიზიკის ძალიან კერძო შემთხვევაზე: ფიზიკის ერთ-ერთი დარგის - არარელატივისტური (დაბალი სიჩქარეების) მექანიკის ძირითად ამოცანაზე - მოძრაობის კანონზომიერების დადგენაზე, ერთი ნაწილაკის შემთხვევაში, რომელიც პოტენციალურ ველში იმყოფება (მოგვიანებით ვიტყვი რასაც ნიშნავს ეს).

ცხადია, მექანიკის უფრო ზოგად ამოცანას წარმოადგენს რთული ფიზიკური სისტემების მექანიკური მოძრაობების შესწავლაც, მაგრამ, სანამ რთულ ობიექტს შეისწავლი, ჯერ მისი გაიდეალებული ვარიანტი უნდა შეისწავლო - ჩვენ შემთხვევაში ერთი ნაწილაკი - ააგო მასზე მოდელი, და შემდგომ ეს მოდელი განაზოგადო რთულ სისტემაზე.

ამრიგად, ჩვენ ვისაუბრებთ ერთი ნაწილაკის მექანიკურ მოძრაობაზე მხოლოდ. ამასთან, საქმე გვექნება პოტენციალურ ველთან. არსებობს სხვა ტიპის ველებიც, მაგრამ მათზე ბოლოს გავაკეთებ მცირე კომენტარს.

გისურვებთ წარმატებას! და თუ რამ შეკითხვები გაგიჩნდებათ, დააკომენტარეთ ან პირადში მომწერეთ. გიპასუხებთ ყველაფერზე რაც მესმის და რაც ვიცი. შეიძლება ისეთი შეკითხვებიც გაგიჩნდეთ, რომლებზეც პასუხი არ მექნება, რადგან არ გახლავართ პროფესიონალი ამ სფეროში (ჯერჯერობით).

 

ნაწილაკის ენერგეტიკული მარაგი

წარმოიდგინეთ, რომ გაქვთ გარკვეული რესურსული მარაგი. მაგალითად, 10000 ლარი.

თქვენ შეგიძლიათ ამ თანხის ნაწილი აქციოთ რაიმე ნივთად, ანუ შეიძინოთ რაიმე ნივთი. მაგალითად, 6000 ლარიანი. ასეთ შემთხვევაში თქვენ დაგრჩებათ 4000 ლარი, როგორც თავისუფალი რესურსი. შეგიძლიათ კიდევ შეიძინოთ რაიმე და ა.შ. მანამ, სანამ გეყოფათ 10000.

თუ თქვენ მთლიანად გაფლანგავთ თანხას, მაშინ თავისუფალი რესურსი აღარ დაგრჩებათ. ხოლო, ამის მეტს თქვენ ვეღარაფერს შეიძენთ, ანუ თქვენ ვერ შეიძენთ ისეთ ნივთებს, რომელთა ფასი აჭარბებს თქვენს ჯამურ რესურსს. ეს ნივთები, ასე ვთქვათ, თქვენთვის „აკრძალული“ ზონაა.

აქ ვგულისხმობთ, რომ ჩაკეტილ სისტემაში ხართ, ანუ არავინ გასესხებთ ან გაჩუქებთ დამატებით თანხას და არც თქვენ დაკარგავთ უკვალოდ თანხას. ანუ, თქვენ არ შეგიძლიათ 10000 -ზე მეტი გქონდეთ რესურსულად. ამ 10000-ის ნაწილი ხან რა ნივთში გადადის, ხან რა ნივთში, მაგრამ ჯამური რესურსი ერთი და იგივე გაქვთ, სანამ სისტემის ჩაკეტილობა არ გაიხსნება და ვინმე გარედან არ „მოგაწვდით“ დამატებით თანხას.

სწორედ ასე, წარმოიდგინეთ, რომ რაიმე ფიზიკურ ნაწილაკს აქვს ენერგია, რომელიც ჩაკეტილ სისტემაში მუდმივია. (ისეთი შემთხვევები, როდესაც გარე გავლენით ნაწილაკი იღებს დამატებით ენერგიას, ანუ სისტემის ენერგია არ ინახება, მიეკუთვნება არაპოტენციალური ველების სიტუაციას, და ამასთან დაკავშირებით სტატიის ბოლოს მცირე კომენტარს გავაკეთებ).

ამრიგად, ნაწილაკს აქვს ენერგეტიკული რესურსი, და ეს მისი თავისუფალი ენერგიაა. ის სივრცეში მოძრაობს ამ თავისუფალი ენერგიით. მაგრამ, სივრცის სხვა და სხვა წერტილებში მისვლას სხვა და სხვა ენერგია შეიძლება სჭირდებოდეს. ესეიგი, სივრცის წერტილები წარმოადგენდნენ გარკვეულ ბარიერს ნაწილაკისთვის, რომლის გადალახვა შეუძლია ნაწილაკს იმ შემთხვევაში, თუ ჰყოფნის ენერგია.

კიდევ ერთხელ: სივრცეში შეიძლება რაღაცნაირად განაწილებული იყოს პოტენციალური ბარიერები. ეს დაახლოებით იმას გავს, ნივთებს რომ ფასები ადევს. თუ თქვენი ჯამური რესურსი გყოფნით რაიმე ნივთის შესაძენად, მაშინ შეგიძლიათ იყიდოთ. მაგრამ, თუ ნივთის ფასი აჭარბებს თქვენს რესურსს, მაშინ ამ ნივთს ვერ იყიდით.

სწორედ ასე, სივრცეში შეიძლება არსებობდეს პოტენციალური არაერთგვაროვნება (თუ რა იწვევს პოტენციალური ბარიერების გაჩენას, ამას სტატიის მეორე ნაწილში ვიტყვი, როდესაც მოძრაობის კანონზომიერებაზე მექნება საუბარი).

ამრიგად, სივრცეში შეიძლება არსებობდეს პოტენციალური ბარიერები. ნაწილაკს აქვს გარკვეული თავისუფალი ენერგია (მას კინეტიკურ ენერგიას უწოდებენ). ამ ენერგიის ხარჯზე ნაწილაკს შეუძლია მოძრაობა, ანუ გადაადგილება დროში. მაგრამ, სივრცის იმ უბნებში, სადაც არსებობს პოტენციალური ბარიერი, ამ უბნებში მისვლისას ნაწილაკი თავისი ენერგიის ნაწილს „გამოყოფს“ ამ ბარიერის გადალახვისთვის.

ცხადია, რაც უფრო მეტია პოტენციალური ბარიერი, მით უფრო მეტ ენერგიას ახმარს ნაწილაკი ამ ბარიერის გადალახვას, და შესაბამისად, მით ნაკლები რჩება თავისუფალი მოძრაობის ენერგია (კინეტიკური ენერგია). და პირიქით, რაც უფრო ნაკლები ენერგია სჭირდება ბარიერის გადალახვას, მით უფრო მეტი თავისუფალი მოძრაობის ენერგია რჩება ნაწილაკს.

ვინაიდან კინეტიკური ენერგია მოძრაობის ენერგიაა, ანუ სივრცეში გადაადგილების, ამიტომ ის სიჩქარესთან არის მიბმული. რაც იმას ნიშნავს, რომ რაც უფრო ნაკლებია კინეტიკური ენერგია, მით უფრო ნელა მოძრაობს სხეული, ანუ მისი სიჩქარე იკლებს, და პირიქით - რაც უფრო მეტია კინეტიკური ენერგია, ესეიგი სხეულიც სწრაფად, დიდი სიჩქარით მოძრაობს.

სივრცის იმ უბნებში, სადაც პოტენციალური ბარიერი ემთხვევა ნაწილაკის სრულ ენერგიას, მაშინ ამ ბარიერის გადალახვისას ნაწილაკი სრულ ენერგიას იყენებს და აღარ რჩება თავისუფალი მოძრაობის ენერგია (კინეტიკური ენერგია), ანუ აღარ მოძრაობს სივრცის ამ უბანში, ანუ ჩერდება. ხოლო, სივრცის იმ უბნებში, რომელთა პოტენციალური ბარიერი აღემატება ნაწილაკის სრულ ენერგეტიკულ რესურსს, ამ უბნებში მოძრაობა არ ხდება, ვერ ხერხდება.

წარმოიდგინეთ დაახლოებით მაინც სურათი? ეს ყველაფერი ფორმულაშიც ჩანს. სრული მექანიკური ენერგია არის კინეტიკური და პოტენციალური ენერგიების ჯამი:

E = Ek + Ep

აქედან კინეტიკური ენერგია არის

Ek = E - Ep

თავისუფალი მოძრაობის ენერგია ყოველთვის დადებითია ან ნულის ტოლი. ამიტომ E>Ep ან E=Ep.

სივრცის იმ უბნებში, სადაც E>Ep, კინეტიკური ენერგია დადებითია, ანუ ნაწილაკი მოძრაობს რაღაც სიჩქარით (ცხადია, რაც უფრო მეტია პოტენციალური ბარიერი Ep, მით უფრო იკლებს კინეტიკური ენერგია, ანუ ნაწილაკის მოძრაობის სიჩქარე. და პირიქით).

სივრცის იმ უბნებში, სადაც E=Ep, კინეტიკური ენერგია ნულია, ანუ სხეულის მოძრაობა წყდება, ანუ სხეული ჩერდება. ესეიგი, როდესაც პოტენციალური ბარიერი სრულებით ემთხვევა ნაწილაკის ენერგეტიკულ მარაგს, იქ კინეტიკური ენერგია აღარ არსებობს თავისუფალი სახით, არამედ მთლიანად გადადის პოტენციალური ბარიერის დაძლევაში.

ხოლო, სივრცის ის უბნები, სადაც E<Ep, ანუ სადაც პოტენციალური ბარიერი აღემატება ნაწილაკის სრულ ენერგიას, ნაწილაკისთვის მიუღწევადია. რადგან, ამ უბნებში კინეტიკური ენერგია უარყოფითი გამოდის, რაც არაფიზიკურია და არარეალურია. ასეთ უბნებში მოძრაობა არ ხდება საერთოდ.

ამრიგად, ჩვენ დავუშვით, რომ სივრცეში შეიძლება არსებობდეს პოტენციალური ბარიერები. ესეიგი, სივრცის სხვა და სხვა წერტილებში სხვა და სხვა პოტენციალი სჭირდებოდეს ნაწილაკს. აგრეთვე, ისიც ვთქვით, რომ ჩაკეტილ სისტემაში სრული ენერგია არ იცვლება. ამ ყველაფრიდან გამომდინარე:

სივრცე, სადაც ნაკლებ პოტენციალს „სთხოულობს“, იქ მით მეტია ნაწილაკის თავისუფალი მოძრაობის ენერგია, ანუ უფრო სწრაფად მოძრაობს, ანუ მეტია სიჩქარე. და სადაც მეტ პოტენციალს „სთხოულობს“, იქ მით ნაკლებია ნაწილაკის თავისუფალი მოძრაობის ენერგია, ანუ ნელა მოძრაობს, ანუ ნაკლებია სიჩქარე. (ეს ყველაფერი იმ შემთხვევაში, როდესაც სისტემა ჩაკეტილია და არც გასცემს და არც იღებს დამატებით ენერგიას)

იქ, სადაც პოტენციალური ბარიერი სრულებით ემთხვევა ენერგეტიკულ რესურსს, თავისუფალი მოძრაობის ენერგია აღარ არსებობს, ანუ მოძრაობა წყდება, ანუ სიჩქარე ნულდება და ნაწილაკი გაჩერებულია. ხოლო, სივრცის იმ უბნებში, სადაც პოტენციალური ბარიერი აღემატება ნაწილაკის „შესაძლებლობებს“, მოძრაობა საერთოდ ვერ ხდება და ამ უბანს ნაწილაკი უბრალოდ ვერ გაეკარება. ასე ვთქვათ, „აკრძალული ზონაა“ მისთვის.

შენიშვნა 1: როდესაც სისტემა ჩაკეტილი არ არის, ანუ ნაწილაკს შეუძლია გარე ძალებიდან მიიღოს (ან დაკარგოს) ენერგია, ასევე შესაძლებელია სივრცეში ბარიერების განაწილება დროში იცვლებოდეს. მაშინ ყველაფერი დამოკიდებულია ლოკალურ სიტუაციაზე, ანუ: სივრცის მოცემულ წერტილში და დროის მოცემულ მომენტში ნაწილაკის ენერგიაა ესა და ესა ხოლო ბარიერი არის ესა და ესა. ანუ, ეს უკვე ლოკალური სიტუაციაა და არაჩაკეტილ სისტემაში ზოგადი სახით ვერ ჩამოაყალიბებ ვერც ნაწილაკის ენერგიას და ვერც სივრცეში განაწილებულ ბარიერებს.

შენიშვნა 2: კვანტურ მექანიკაში ამოცანას წარმოადგენს: კვანტური ნაწილაკის აღმოჩენის ალბათობის პოვნა. ხდება ხოლმე, რომ კვანტური ნაწილაკის აღმოჩენის ალბათობა არსებობს სივრცის ისეთ უბნებშიც კი, სადაც პოტენციალური ბარიერი აღემატება ნაწილაკის სრულ ენერგიას. ცხადია, ალბათობა და მისი სივრცეში განაწილება დამოკიდებულია მთელ რიგ პარამეტრებზე და ეს სუფთად კვანტური მოვლენაა, რასაც ანალოგია არ გააჩნია იმ მექანიკაში, რომელსაც ჩვენ ვიხილავთ. უბრალოდ, ინფორმაციის დონეზე საინტერესოა რომ იცოდეთ.

ეს ყველაფერი კარგი, მაგრამ რჩება ორი შეკითხვა: რატომ არსებობს პოტენციალური ბარიერები, ანუ რა ქმნის მათ? და, როგორია ნაწილაკის მოძრაობის კანონზომიერება? ეს უკანასკნელი შეკითხვა სტატიის ძირითადი თემაა და ორივე მათგანზე მომდევნო თავში გიპასუხებთ.

 

მოძრაობის კანონზომიერება

დავიწყოთ ყველაფერი თავიდან...

ენერგია - ეს არის სამყაროს ფუნქციონირების უნარი. ენერგიის გარეშე არაფერი მოხდება. ნებისმიერი ფიზიკური პროცესი ენერგიის ხარჯზე მიმდინარეობს. ნებისმიერი ფიზიკური სისტემის ფუნქციონირების „ხარისხს“ ენერგია განსაზღვრავს. რაც მეტია ენერგია, მით უფრო რთული სტრუქტურის ფუნქციონირება აქვს ფიზიკურ სისტემას, და პირიქით.

ნებისმიერი (ან უმეტესობა) ფიზიკური პროცესების ფუნდამენტალური ელემენტია მოძრაობა. ყველაფერი (უმეტესობა მაინც) დაიყვანება მოძრაობებამდე. ეს არის ფიზიკური სისტემის ფუნქციონირების პირველი აგურები. ამიტომაც, არ იქნებოდა გასაკვირი, რომ ენერგია, რომლის ხარჯზეც ხდება სწორედ ამ ფიზიკური სისტემების ფუნქციონირება, დაკავშირებული იყოს ცალსახად მოძრაობასთან.

2 2

კიდევ ერთხელ: ფიზიკური პროცესების ფუნქციონირების საფუძვლებს წარმოადგენს მოძრაობები. ენერგია აჩვენებს ფუნქციონირების „ხარისხს“, ესეიგი ენერგია „მიბმულია“ ფუნქციონირების საფუძვლებთან - მოძრაობასთან. რაც მეტია ენერგია, მით „უკეთესად“ ხდება მოძრაობა, და პირიქით.

რას ნიშნავს მოძრაობისთვის „უკეთესად“ და „უარესად“? არც მეტი, არც ნაკლები, ეს ნიშნავს სიჩქარეს, ანუ სივრცეში გადაადგილების სისწრაფეს. ესეიგი, რაც მეტია ენერგია, მით უფრო სწრაფად ხდება გადაადგილება, ანუ მოძრაობა, და პირიქით..

ასე და ამგვარად, ფიზიკური პროცესების საფუძველბის - მოძრაობების - ხარისხს აჩვენებს ენერგია. რაც მეტია ენერგია, მით უფრო სწრაფია მოძრაობა, და პირიქით. ამიტომაც, როდესაც საუბარია ერთ ნაწილაკზე, გასაგებია, რომ რაც მეტია მისი ენერგია, მით უფრო სწრაფად მოძრაობს (სივრცეში გადაადგილდება), და პირიქით (რაც ნაკლებია, მით უფრო ნელა მოძრაობს).

წინა თავში ჩვენ საუბარი გვქონდა კინეტიკურ ენერგიაზე, რასაც თავისუფალი მოძრაობის ენერგიაც ვუწოდეთ. როდესაც სივრცეში არ არსებობს არავითარი პოტენციალური ბარიერები, მაშინ, სრული ენერგიის შენახვისს კანონიდან გამომდინარე, კინეტიკური ენერგია არ იცვლება, მუდმივია. კინეტიკური ენერგია კი ნაწილაკის მოძრაობის მაჩვენებელია.

ესეიგი, ნაწილაკს გააჩნია გარკვეული ენერგეტიკული მარაგი, და ის არ იცვლება (მანამ, სანამ სივრცეში რაიმე პოტენციალური ბარიერი არ გაჩნდება, რომელიც წაიღებს ენერგიის ნაწილს). მაგრამ, სანამ სივრცე პოტენციალურად ერთგვაროვანია, ესეიგი არ არსებობს პოტენციალური ბარიერები, მანამ მოძრაობის ენერგია მუდმივია, ესეიგი ნაწილაკი მოძრაობს რუტინულად, ერთიდაიგივენაირად. ესეიგი, მისი მოძრაობა არ იცვლება, ანუ არ იცვლება მისი სივრცეში გადაადგილების სისწრაფე, ანუ არ იცვლება მისი სიჩქარე.

მაშასადამე, თუ სივრცეში არ არსებობს პოტენციალური ბარიერები, მაშინ კინეტიკური ენერგია არ შეიცვლება, ესეიგი არ შეიცვლება ნაწილაკის მოძრაობაც, ანუ სიჩქარე. ანუ ნაწილაკი გააგრძელებს მოძრაობას იმ სიჩქარით, რომლითაც მოძრაობდა იმავე მიმართულებით, საითაც მოძრაობდა. ეს წრფივი თანაბარი მოძრაობა გაგრძელდება მანამ, სანამ სივრცეში არ გაჩნდება რაიმე სახის პოტენციალური ბარიერი.

სხვათაშორის, იგივე სურათს ვხედავთ, როდესაც სივრცეში პოტენციალური ბარიერები ერთნაირად არიან განაწილებულნი, ესეიგი სივრცის ყოველ წერტილში არსებობს ერთი და იგივე ბარიერი. აბა თქვენთვითონ დაფიქრდით: თუ სივრცის ყოველ წერტილში ერთი და იგივე პოტენციალური ბარიერი არსებობს, მაშინ კინეტიკური ენერგიაც ხომ ერთი და იგივე იქნება სივრცის ყოველ წერტილში (ენერგიის მუდმივობის კანონიდან გამომდინარე).

ესეიგი, იმ შემთხვევაშიც, როდესაც პოტენციალური ენერგია ერთგვაროვნად ნაწილდება სივრცეში, მაშინ კინეტიკური ენერგიაც მუდმივია, და ნაწილაკი მოძრაობს იმ სიჩქარით, რომლითაც მოძრაობდა იმავე მიმართულებით. ანუ მოძრაობს წრფივად და თანაბრად. ესეიგი, პოტენციალური ბარიერი თუ ერთი და იგივეა სივრცის ყოველ წერტილში, მაშინ ნაწილაკი აგრძელებს მოძრაობას იმ სიჩქარით და მიმართულებით, რითაც მოძრაობდა, და მისი მოძრაობა არ შეიცვლება მანამ, სანამ „გზად“ არ დახვდება პოტენციალური არაერთგვაროვნება.

(მაშასადამე, ერთსა და იმავე სურათს ვხედავთ როდესაც პოტენციალი ერთნაირია სივრცის ყოველ წერტილში ან არ არის საერთოდ. ეს უკანასკნელი, პრინციპში, კერძო შემთხვევას წარმოადგენს ერთგვაროვანი პოტენციალისა, როდესაც ეს „ერთი და იგივე პოტენციალი“ სივრცის ყოველ წერტილში ნულის ტოლია).

ამრიგად, დაუშვათ ნაწილაკი დავსვით სივრცის რაიმე წერტილში და მივეცით მას ენერგეტიკული მარაგი, გარკვეული კინეტიკური ენერგია (მოძრაობის ენერგია). ეს კი ნიშნავს, რომ მას მივეცით მოძრაობის უნარი, ანუ გარკვეული სიჩქარე. მაშინ, ის (ნაწილაკი) სივრცის ამ წერტილში იწყებს მოძრაობას რაღაც სიჩქარით (რაც შეესაბამება მის კინეტიკურ ენერგიას), გარკვეული მიმართულებით, საითაც ჩვენ გავუშვებთ. შემდგომ რა მოხდება?

თუ სივრცის ის უბანი, სადაც ნაწილაკმა დაიწყო მოძრაობა, პოტენციალურად ერთგვაროვანია, ანუ არ ხდება პოტენციალური ბარიერების ცვლილება, მაშინ, როგორც უკვე ვიცით, არ იცვლება მისი კინეტიკური ენერგიაც, ანუ მისი მოძრაობის ბუნება არ იცვლება, ანუ ნაწილაკი მოძრაობს მუდმივი სიჩქარით - სწორედ იმავე სიჩქარით, რაც თავიდან მივანიჭეთ კინეტიკური ენერგიით. ეს გაგრძელდება მანამ, სანამ სივრცე პოტენციალურად ერთგვაროვანია. მაგრამ, რა ხდება სივრცის იმ უბნებში, სადაც პოტენციალური ბარიერები არაერთგვაროვნად ნაწილდება? (ჩვეულებრივ, პოტენციალური ბარიერების განაწილებას შეიძლება ძალიან რთული სახე ჰქონდეს).

ესეიგი, ნაწილაკმა მიაღწია სივრცის რაიმე წერტილს გარკვეული სიჩქარით, რაც მის კინეტიკურ ენერგიას (მოძრაობის ენერგიას) შეესაბამება. მაგრამ, ამ წერტილის უბანში დაუშვათ გვაქვს პოტენციალური ბარიერების არაერთგვაროვანი განაწილება. რა მოხდება ამ შემთხვევაში?

აი ამ შეკითხვას თუ ვუპასუხებთ, მაშინ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ მოძრაობის კანონზომიერება აღმოვაჩინეთ...

რა უნდა მოხდეს? პასუხი ძალიან ტრივიალურია და მარტივია. ეს ისეთი ბუნებრივი პასუხია, რომ არ შეიძლება არ მოიხიბლო... საქმე ეხება ენერგიის მუდმივობის პრინციპს.

დაუშვათ ნაწილაკი მივიდა რაიმე X წერტილში სიჩქარით - V, რაც მის კინეტიკურ ენერგიას (მოძრაობის ენერგიას) შეესაბამება. დაუშვათ, ამ X წერტილში გვაქვს რაიმე პოტენციალური ბარიერი. ავიღოთ სივრცეში გარკვეული მიმართულება (ნებისმიერი მიმართულება) ამ X წერტილიდან.

ესეიგი, დაძაბეთ წარმოსახვა. წარმოიდგინეთ სივრცეში რაიმე წერტილი, პირობითად დავარქვათ მას X. ახლა კი აარჩიეთ რაიმე მიმართულება ამ წერტილიდან. არ აქვს მნიშვნელობა რომელს აირჩევთ. ნებისმიერ მხარეს ამ წერტილიდან.

ახლა რა ხდება..

თუ პოტენციალური ბარიერები არსებობს სივრცეში, და ისინი არათანაბრად არიან განაწილებულნი, მაშინ იმ მიმართულებით, რაც თქვენ აირჩიეთ, ხდება პოტენციალური ბარიერის ცვლილება - შეიძლება გაიზარდოს, შეიძლება შემცირდეს, შეიძლება არც შეიცვალოს.

ესეიგი, კიდევ ერთხელ: X წერტილში არსებობს გარკვეული პოტენციალური ბარიერი. რაიმე მიმართულებით, რაც თქვენ აარჩიეთ პირობითად, პოტენციალური ბარიერი შეიძლება იზრდებოდეს, ან მცირდებოდეს, ან არ იცვლებოდეს. ანუ, X-ის მეზობელ წერტილში რაიმე მიმართულებით პოტენციალური ბარიერი შეიძლება უფრო პატარა იყოს, ვიდრე თავად ამ X წერტილში, ან უფრო დიდი იყოს. ან შეიძლება იგივე იყოს (ანუ არ იცვლებოდეს ამ მიმართულებით) რაც X-შია.

ამ X წერტილში ხომ მოვიდა ნაწილაკი V სიჩქარით, რაც მისი კინეტიკური ენერგიის (მოძრაობის ენერგიის) შესაბამისია? ახლა რა მოხდება?

პასუხი, როგორც გითხარით, დაკავშირებულია ენერგიის მუდმივობის პრინციპთან. ამ X წერტილიდან რაიმე მიმართულება აარჩიეთ. პოტენციალური ბარიერი ან იზრდება ამ მიმართულებით, ან მცირდება, ან არ იცვლება. მაგრამ, ამავდროულად რა ემართება კინეტიკურ ენერგიას?

ენერგიის მუდმივობის პრინციპიდან გამომდინარე, თუ ამ მიმართულებით პოტენციალური ენერგია იზრდება, მაშინ მოძრაობის ენერგია მცირდება, ანუ სიჩქარე იკლებს ამ მიმართულებით. ხოლო, თუ ამ მიმართულებით პოტენციალური ბარიერი იკლებს, მაშინ მოძრაობის ენერგია იმატებს, ანუ სიჩქარე იმატებს ამ მიმართულებით. ხოლო, თუ ამ მიმართულებით პოტენციალური ბარიერი იგივეა, რაც თავად X წერტილში, მაშინ გასაგებია, რომ კინეტიკური ენერგიაც არ იცვლება, ანუ მოძრაობა იგივენაირია ამ მიმართულებით, ანუ სიჩქარე იგივეა ამ მიმართულებით, რაც აქამდე იყო.

შენიშვნა: კინეტიკური ენერგია და მოძრაობის ენერგია - ორივე მათგანში ერთსა და იმავეს ვგულისხმობ. ეს ის ენერგიაა, რაც ფიზიკური პროცესების ფუნდამენტს - მოძრაობის უნარს ახასიათებს. ანუ რაც მეტია ეს ენერგია, მით სწრაფია მოძრაობა (სიჩქარე), და პირიქით.

ამრიგად, შეგიძლიათ დაივიწყოთ თქვენს მიერ არჩეული მიმართულება და ზოგადად ვთქვათ და ჩამოვაყალიბოთ:

დაუშვათ ნაწილაკი მივიდა X წერტილში და მისი კინეტიკური ენერგიის შესაბამისი სიჩქარეა ამ წერტილში V. ამ X წერტილს გარკვეული პოტენციალური ბარიერი აქვს. ამ წერტილიდან სამ განზომილებიან სივრცეში არსებობს უამრავი მიმართულება. ანუ X წერტილს ჰყავს უამრავი მეზობელი წერტილი სხვა და სხვა მიმართულებებით.

იმ მიმართულებებით, საითაც პოტენციალური ბარიერი იკლებს, იმატებს მოძრაობის უნარი (მოძრაობის ენერგია), ანუ იმატებს სიჩქარე. ცხადია, რაც უფრო სწრაფად ხდება სივრცეში პოტენციალის ვარდნა, მით უფრო დიდია სიჩქარის ნაზრდი. და იმ მიმართულებებით, საითაც პოტენციალური ბარიერი იმატებს, იკლებს მოძრაობის უნარი, ანუ სიჩქარე. რაც უფრო ძლიერია პოტენციალის მატება, მით უფრო სწრაფად იკლებს სიჩქარე.

ხოლო, იმ მიმართულებებით, საითაც პოტენციალი არ იცვლება, არ იცვლება მისი მოძრაობის უნარიც, ანუ სიჩქარე იგივე რჩება, რაც აქამდე იყო ამ მიმართულებით. ცხადია, არ არის აუცილებელი, სივრცის რაიმე წერტილიდან არსებობდეს პოტენციალის სამივე ტიპის ცვლილება: ანუ მატების, კლების, და უცვლელობის მიმართულებები. შეიძლება ყველა მიმართულებით იკლებდეს, ან იმატებდეს, ან მუდმივი იყოს და ა.შ. სხვა და სხვა ვარიანტებია და ამ ვარიანტების განხილვა თქვენი ფანტაზიისთვის მომინდვია.

კიდევ ერთი დეტალი: როდესაც საუბარია პოტენციალის ცვლილებაზე რაიმე მიმართულებით, იგულისხმება ძალიან მცირე მანძილზე ცვლილება, სიზუსტის მიზნით. ესეიგი, X წერტილიდან ძალიან მცირე მანძილზე აღებულ წერტილში (ძალიან ახლო მეზობელ წერტილში) პოტენციალი უნდა შედარდეს X წერტილის პოტენციალს და ამის მიხედვით ვიტყვით პოტენციალი იკლებს, იმატებს თუ უცვლელი რჩება X წერტილიდან ამ მიმართულებით. (ახლო მანძილი აუცილებელია სიზუსტის მიზნით, რადგან პოტენციალი უწყვეტად არის განაწილებული სივრცეში, და ამ სიზუსტეს უწყვეტი განაწილების შემთხვევაში უზრუნველჰყოფს მათემატიკური ანალიზი, რისი მეშვეობითაც იწერება ფორმულები. თუმცა, ჩვენ თავიდან ავირიდებთ ფორმულებს, და ვეცდებით იდეების დონეზე აღვწეროთ ფიზიკური პროცესი)

ამრიგად, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ პოტენციალის ცვლილების საპირისპიროა სიჩქარის ცვლილება. რადგან, თუ პოტენციალი იმატებს, მაშინ სიჩქარე იკლებს, და პირიქით. ხოლო, თუ პოტენციალი არ იცვლება, მაშინ სიჩქარეც არ იცვლება. შენიშნეთ, რომ აქ საუბარია რომელიმე კონკრეტულ მიმართულებაზე სივრცეში. მაგრამ, ალბათ გაგიჩნდებოდათ შეკითხვა: რას ნიშნავს, რომ სიჩქარე იკლებს ან იმატებს რაიმე მიმართულებით? სიჩქარეს ხომ ერთი მიმართულება აქვს და რატომ განვიხილავთ მას და მის ცვლილებას სხვა და სხვა მიმართულებებით? ბოლო-ბოლო, საით იმოძრავებს ნაწილაკი? ეს არ არის ჩვენი ძირითადი შეკითხვა?..

საქმე ის არის, რომ როდესაც საუბარია მოძრაობის აღწერაზე, უნდა ითქვას რა მიმართულებით და საიდან ვაკვირდებით მოძრაობას. ანუ გააჩნია ათვლის სისტემას. მაგალითად, წარმოიდგინეთ, რომ გაქვთ გრძელი მილი, რომელშიც ნაწილაკი მოძრაობს წინ და უკან. თუ თქვენ ამ მილს შეხედავთ ვერტიკალურ მდგომარეობაში, მაშინ დაინახავთ ნაწილაკის მოძრაობას ზემოთ-ქვემოთ. თუ შეხედავთ ჰორიზონტალურ მდგომარეობაში, მაშინ დაინახავთ ნაწილაკის მოძრაობას მარჯვნივ-მარცხნივ. მაგრამ, თუ თქვენ მილს შეხედავთ ისე, თითქოს ტელესკოპში იყურებით, ანუ მონაკვეთის გასწვრივ, მაშინ ნაწილაკის მოძრაობას ვერ დაინახავთ, რადგან ის იმოძრავებს ისეთ ტრაექტორიაზე, რომელსაც თქვენი თვალი ვერ აღიქვამს. ნაწილაკი თქვენთვის გაჩერებული იქნება, რადგან მისი მოძრაობა არ ჩანს ამ გადმოსახედიდან.

ახლა, დახარეთ მილი ოდნავ ქვემოთ. რას დაინახავთ? თქვენ დაინახავთ ნაწილაკის მოძრაობას, მაგრამ მისი სიჩქარე იმაზე ნელი იქნება, ვიდრე რეალურადაა მილში და მის მიერ გავლილი მანძილიც უფრო ნაკლები იქნება, ვიდრე მილის სიგრძეა. რატომ? სინამდვილეში იმიტომ, რომ თქვენ უყურებთ ნაწილაკის მოძრაობის „ჩრდილს“ (რომელსაც, ფიზიკოს-მათემატიკოსები ვექტორის გეგმილს უწოდებენ). თქვენ გარკვეულ კუთხეზე გაქვთ დახრილი მილი, და რაც უფრო დახრით, მით უფრო მოიმატებს მილის სიგრძე და ნაწილაკის სიჩქარე. თუ დახრით მაქსიმალურ კუთხეზე (90 გრადუსზე), მაშინ დაინახავთ მილის რეალურ სიგრძეს და ნაწილაკის რეალურ სიჩქარეს.

ასე რომ, აუცილებელია აღვნიშნოთ, რომ როდესაც საუბარია მექანიკის ძირითადი ამოცანის ამოხსნაზე - მოძრაობის კანონზომიერების დადგენაზე - პირველ რიგში უნდა შეირჩეს ათვლის სისტემა. რომელ ათვლის სისტემაშიც განვიხილავთ მოძრაობას, იმის შესაბამის კანონზომიერებას მივიღებთ (მაგალითად, როდესაც მილზე გვქონდა საუბარი, სხვა და სხვა დახრაზე სხვა და სხვა სიჩქარეებს ვხედავდით). ვერ ვიტყვით, რომ რომელიმე ათვლის სისტემა უკეთესია ან უარესი. ეს მხოლოდ პირობითია რომელ ათვლის სისტემას ავირჩევთ, ანუ საიდან ვაკვირდებით ფიზიკურ პროცესს. ანუ, მოძრაობის კანონზომიერება განსხვავდება სხვა და სხვა ათვლის სისტემებში.

ასე და ამგვარად, როდესაც საუბარი გვაქვს პოტენციალის ცვლილებაზე რაიმე მიმართულებით, ესეიგი საუბარი გვაქვს ამ მიმართულებით ნაწილაკის მოძრაობის კანონზომიერების დადგენაზე.

ესეიგი, დავაფიქსიროთ რაიმე მიმართულება. სივრცის X წერტილში ნაწილაკს აქვს V სიჩქარე რაიმე ჩვენს მიერ დაფიქსირებულ მიმართულებაზე. სხვა მიმართულებაზე სხვა სიჩქარე იქნებოდა (გაიხსენეთ მილის დახრის ამბავი). ამ მიმართულებაზე დავაკვირდეთ პოტენციალის ცვლილებას. ამ ცვლილების მიხედვით იცვლება სიჩქარეც ამ მიმართულებით და ეს არის მოძრაობის კანონზომიერება ამ მიმართულებით.

ამრიგად, მოძრაობის კანონზომიერება ჩამოაყალბდება ასეთნაირად:

პირველ რიგში, განვაზღვროთ ის მიმართულება (ან მიმართულებები), რომელზეც ვაკვირდებით მოძრაობას და გვსურს კანონზომიერების ჩამოყალიბება. შემდგომ, ამ მიმართულებაზე დავაკვირდეთ ნაწილაკის მოძრაობის ისტორიას, რომელსაც ცალსახად განსაზღვრავს 3 ელემენტი: პოტენციალური ველი (პოტენციალური ბარიერების განაწილება), ნაწილაკის საწყისი მდებარეობა და სიჩქარე.

დაუშვათ სივრცის X წერტილში ნაწილაკს აქვს V სიჩქარე. ამ X წერტილიდან არჩეული მიმართულებით პოტენციალის ცვლილება განსაზღვრავს სიჩქარის ცვლილებას. სიჩქარის ცვლილება დროში ხდება, ხოდა დროის მცირე შუალედში სიჩქარე იცვლება პოტენციალის ცვლილების შესაბამისად.

სიჩქარის ხასიათი კი ცალსახად განსაზღვრავს ნაწილაკის მოძრაობას. სწორედ სიჩქარით გადაადგილდება ნაწილაკი. რაც მეტია სიჩქარე, მით უფრო დიდ მანძილზე გადაადგილდება და პირიქით, დროის ერთსა და იმავე შუალედში.

ამიტომაც, პოტენციალის ცვლილება X წერტილიდან რაიმე მიმართულებით, განსაზღვრავს სიჩქარის ცვლილებას დროის მცირე შუალედში, რაც, თავის მხრივ, ნაწილაკს „გადაიყვანს“ სივრცეში სხვა წერტილში. ესეიგი, დროის მცირე შუალედის მერე ნაწილაკი იმყოფება სხვა წერტილში სხვა სიჩქარით და ყველაფერი იწყება თავიდან.

ესეიგი, ამ ახალ წერტილში პოტენციალის ცვლილების შესაბამისად იცვლება აწ უკვე ახალი სიჩქარე და ხდება იგივე: დროის მცირე შუალედში სიჩქარის „ხასიათი“ კვლავ გადაიყვანს ნაწილაკს სხვა წერტილში. თავის მხრივ, ამ წერტილში პოტენციალის ცვლილებაც სხვა იქნება, რაც კიდევ შეცვლის სიჩქარეს, და ა.შ. და ა.შ.

მაშასადამე, მოძრაობა ჩაკეტილი ციკლივითაა: დროის რაიმე მცირე შუალედში „იწერება“ მოძრაობის ისტორიის „ერთი ნაბიჯი“: ნაწილაკის მდებარეობა განსაზღვრავს პოტენციალს, ანუ მის ცვლილებასაც, რაც თავის მხრივ განსაზღვრავს სიჩქარის ცვლილებას (დროის მცირე შუალედში), რაც თავის მხრივ იწვევს ნაწილაკის მდებარეობის ცვლილებას და ვიღებთ ნაწილაკის სხვა მდებარებას (რომელსაც პოტენციალის სხვა ცვლილება შეესაბამება) და სხვა სიჩქარეს და ყველაფერი იწყება თავიდან.

მხოლოდ ერთია: ეს „ჩაკეტილი ციკლი“ დროის ძალიან მცირე შუალედში იკვრება. ესეიგი, როდესაც ჩვენ ვსაუბრობთ, რომ ნაწილაკმა სიჩქარე შეიცვალა დროის მცირე შუალედში, რამაც საბოლოოდ სადღაც დასვა ნაწილაკი და ყველაფერი დაიწყო თავიდან, ამ „დროის მცირე შუალედში“ იგულისხმება უსასრულოდ მცირე დრო, რადგან პოტენციალის ცვლილება სივრცეში, ისევე როგორც, სიჩქარის ცვლილება დროში, უწყვეტად მიმდინარეობს.

ანუ ეს მოძრაობის ციკლური ისტორიის „თითო ნაბიჯი“ დროის უსასრულოდ მცირე მონაკვეთში ხდება, და ეს პროცესი მიმდინარეობს უწყვეტად. ამ სიზუსტეს კი, როგორც ადრე აღვნიშნე, მათემატიკური ანალიზი უზრუნველჰყოფს.

ბოლო შენიშვნა: აღმოჩნდა, რომ სამგანზომილებიან სივრცეში მოძრაობის კანონზომიერების ცალსახად დასახასიათებლად საკმარისია სამი ურთიერთმართობული მიმართულების შერჩევა. ანუ, ნებისმიერი სამი ურთიერთმართობული მიმართულებით პოტენცილის ცვლილების დადგენა და საწყისი პირობები ცალსახად გვაძლევს მოძრაობის კანონზომიერებას მთელს სამგანზომილებიან სივრცეში, ანუ ტრაექტორიასაც ვიღებთ და ყველფერსაც.

დარჩა ბოლო შეკითხვა: რატომ არსებობს სივრცეში პოტენციალური ბარიერები?

ფიზიკოსებმა, ამის ასახსნელად მოიგონეს „ძალის“ ცნება. ანუ, ბუნებაში არსებობენ ძალები (მათ შორის 4 ბუნებრივია და დანარჩენი ხელოვნურად შექმნილია გარემოს გეომეტრიული და სხვა ფაქტორებიდან გამომდინარე), რომლებიც „აიძულებენ“ სხეულებს მოძრაობებს. და როგორ უკავშირდება ეს ძალა პოტენციალურ ველს?

ყველაფერი ძალიან მარტივია.. ძალა ვექტორული სიდიდეა, ესეიგი მიმართულება გააჩნია. ამ მიმართულებით აიძულებს მოძრაობას სხეულს, რომელზეც მოდებულია ეს ძალა. იმისათვის, რომ სხეულმა დათრგუნოს ძალის მოქმედება, მას სჭირდება ენერგია. ძალის „შეწინააღმდეგება“ ნიშნავს - მის საპირისპიროდ მოძრაობას. ესეიგი, ძალის მიმართულების საპირისპიროდ მოძრაობას სჭირდება ენერგია, რათა დაითრგუნოს ძალის ეფექტი.

ამიტომაც, ძალა, თავისი მიმართულების საპირისპიროდ „ქმნის“ პოტენციალურ ბარიერებს. რაც უფრო სწრაფად იზრდება პოტენციალური ბარიერი სივრცეში, მით უფრო ძლიერია საპირისპიროდ მიმართული ძალა, და პირიქით. ხოლო, ძალის მიმართულებით კი, შესაბამისად, პოტენციალი იკლებს. ანუ, ძალა აიძულებს სხეულებს მოძრაობას გარკვეული მიმართულებით, ამიტომაც მის შეწინააღმდეგებას (საპირისპირო მიმართულებით მოძრაობას) სჭირდება ენერგია, პოტენციალი. ამიტომაც არსებობს პოტენციალური ბარიერები, რომლებიც იზრდებიან ძალის საპირისპირო მიმართულებით და იკლებენ ძალის მიმართულებით.

ნიუტონის მეორე კანონი, რომელსაც დინამიკის ძირითად განტოლებას უწოდებენ, სხვა კი არაფერია.. ნიუტონის მეორე კანონი ამბობს, რომ ძალა არის იგივე სიჩქარის ცვლილება დროში. ჩვენ კი ენერგიის მუდმივობიდან „დავადგინეთ“, რომ სადაც პოტენციალი იმატებს, იქ სიჩქარე იკლებს და პირიქით. ესეიგი, ძალა იგივეა, რაც პოტენციალის ცვლილება მინუს ნიშნით. (კიდევ ერთხელ გადახედეთ და გაიაზრეთ რომ მართლაც ასეა).

მართლაც, რადგან პოტენციალი არსებობს ძალის საპირისპიროდ. ამიტომ, საითაც ძალა არის მიმართული, იქ პოტენციალი იკლებს და სიჩქარე იმატებს. ხოლო ძალის საპირისპიროდ პოტენციალური ბარიერი იმატებს და სიჩქარე იკლებს. იგულისხმება, რომ საუბარია გარკვეულ მიმართულებაზე, ესეიგი თავიდანვე შერჩეულ ათვლის სისტემაზე. ალბათ ხვდებით, რომ სხვა და სხვა ათვლის სისტემებში ძალებიც განსხვავდებიან. ანუ ძალების მიმართულებაც და რიცხვითი სიდიდეც განსხვავებულია სხვა და სხვა ათვლის სისტემებში.

ახლა კი „ამოვხსნათ“ ერთი მარტივი ამოცანა, რომელიც სავარაუდოდ სკოლაშიც ამოგიხსნიათ, ოღონდ ამ სტატიაში მათემატიკის გარეშე ამოვხსნათ, უფრო ფიზიკური იდეებიდან გამომდინარე. სტატიის სათაურიდან გამომდინარე ამოცანას დავარქვათ - ბურთის მოძრაობის ისტორია სიმძიმის ძალის ველში.

აიღეთ ბურთი (გინდაც ნებისმიერი ნივთი) ხელში და აისროლეთ ზემოთ. რა მოხდება?

ჩვენ ყველამ კარგად ვიცით რაც მოხდება: ჯერ ზემოთ ავა ბურთი გარკვეულ სიმაღლეზე, და მერე ვარდნას დაიწყებს. მაგრამ, მოდი ენერგიების ენაზე აღვწეროთ ამ მოძრაობის კანონზომიერება.

სიმძიმის ძალა მიმართულია ქვემოთ, ამიტომაც პოტენციალური ბარიერი ზემოთ იმატებს (ძალის საპირისპიროდ). თუ თქვენ ბურთს ააგდებთ ზემოთ, ესეიგი ბურთისთვის მიგიციათ კინეტიკური ენერგია, ანუ მოძრაობის ენერგია, ესეიგი გაკრვეული სიჩქარით აისროლეთ ზემოთ. მაგრამ, ზემო მიმართულებით პოტენცილაური ბარიერები იმატებს, ამიტომაც, ის კინეტიკური ენერგია, რაც თავიდან მიეცით ბურთს, იკლებს და გადადის პოტენციალურ ენერგიაში, ანუ მოძრაობა ნელდება და სადღაც რაიმე სიმაღლეზე სიჩქარე ნულდება.

3 3

ცხადია, ეს ის სიმაღლეა, რომლის პოტენციალური ბარიერი შეესაბამება თქვენს მიერ თავდაპირველად გადაცემულ კინეტიკურ ენერგიას. რაც უფრო მეტ ენერგიას გადასცემდით, ანუ მეტი სიჩქარით გაისროლავდით ბურთს, მით უფრო მეტი სიმაღლის პოტენციალზე ეყოფოდა მას ეს ენერგია.

კარგი. შემდგომ რა ხდება? მოძრაობა ჩვეულებრივ გრძელდება. სიჩქარე იკლებს ზემო მიმართულებით. რას ნიშნავს იკლებს? იმას, რომ როდესაც გაჩერდება, შემდგომ უარყოფითი გახდება სიჩქარე ამ მიმართულებით. უარყოფითი სიჩქარე კი ნიშნავს საპირისპირო მოძრაობას.

ანუ ბურთის ზემოთ ასვლა და ჩამოსვლა არ წარმოადგენს ორ სხვა და სხვა პროცესს. ეს ერთი მთლიანი პროცესია სიჩქარის კლებისა ზემო მიმართულებით. რაღაც სიჩქარით ზემოთ ბურთი გავუშვით, და ამ მიმართულებით სიჩქარე მუდმივად იკლებს.

სიჩქარემ დაიკლო, გახდა ნულის ტოლი, და შემდგომ უარყოფითი გახდა და გააგრძელა კლება. ანუ, ბურთი ზემოთ მოძრაობდა, მისი სიჩქარე კლებულობდა ზემოთ, შემდგომ გაჩერდა, და შემდგომ ქვემოთ დაიწყო მოძრაობა.

როდესაც ქვემოთ სიჩქარე იმატებს, ამავდროულად ზემოთ იკლებს. ანუ გააჩნია საიდან შევხედავთ მოძრაობას. შეგვიძლია ქვემოდან ზემოთ ვუყუროთ, მაშინ სიჩქარე მუდმივად იკლებს. ან ზემოდან ქვემოთ ვუყუროთ და სიჩქარე მუდმივად იმატებს. რადგან ძალა მიმართულია ზემოდან ქვემოთ.

 

++++++++++++++++++++++++

იმედი მაქვს სათქმელი კარგად ჩამოვაყალიბე. ახლა კი, როგორც შეგპირდით, მცირეოდენს ვიტყვი არაპოტენციალური ველის შემთხვევაზე.

ძალას, რომელიც შეგვიძლია ჩავწეროთ, როგორც პოტენციალური ბარიერების ცვლილება სივრცეში, კონსერვატიული ძალა ეწოდება, რადგან ხდება სისტემის სრული მექანიკური ენერგიის შენახვა. მაგ. სიმძიმის ძალა კონსერვატიულია. ესეიგი, ის ძალები, რომლებიც გამოისახებიან პოტენციალური ენერგიის სივრცეში ცვლილებით, არიან კონსერვატიული ძალები. თუმცა, არსებობს არაკონსერვატიული ძალებიც.

არაკონსერვატიული ძალებია სისტემის გარე ძალები. ესეიგი, ის ძალები, რომლებიც შეიძლება ჩაკეტილ სისტემაში „შემოიჭრან“ და დამატებითი ენერგია გადასცენ მაგალითად ნაწილაკს, ან წაართვან. ასეთ პროცესებში არ ხდება ენერგიის შენახვა.

ამის კარგი მაგალითია დიდი სიმაღლიდან ვარდნილი სხეული, რომელსაც დამატებით იმპულსს მივცემთ. ესეიგი, ადით დიდი შენობის სახურავზე და იქიდან გადმოაგდეთ ვაშლი. ცხადია, ქვემოთ მიმართულია კონსერვატიული ძალა (სიმძიმის ძალა), ამიტომაც პოტენციალი იკლებს ამ მიმართულებით, და შესაბამისად სიჩქარეც იმატებს.

მაგრამ, თუ ვარდნის პროცესში, შუა გზაში, ვაშლს დამატებით მივეცით ბიძგი ქვემოთ (ესეიგი, ვიღაც იდგა აივანზე მეხუთე სართულზე და როგორც კი ვაშლი მოახლოვდა, ეგრევე დამატებით „ჩასცხო“ ქვემოთ), მაშინ ვაშლმა შეიძინა დამატებითი კინეტიკური ენერგია, ესეიგი მისი სიჩქარე იმაზე მეტი გახდა, ვიდრე უნდა ყოფილიყო თავისუფალი ვარდნის შემთხვევაში.

მეხუთე სართულზე მყოფ ტიპს რომ პირიქით ექნა - რაიმე სახის ბარიერი დაეხვედრებინა ვაშლისთვის, ანუ ზემოთ „აესცხო“ მისთვის, მაშინ ვაშლის სიჩქარე დაიკლებდა, ანუ ვაშლი დაკარგავდა თავის კინეტიკურ ენერგიას.

ასეთნაირად, გარე ძალები საზოგადოდ დროში შეიძლება იცვლებოდნენ და ლოკალური ეფექტები ჰქონდეთ. მათი გავლენით სისტემის სრული ენერგია შეიძლება ლოკალურად არ ინახებოდეს.

4 4

მოკლედ: ნაწილაკის მოძრაობის უნარი (სიჩქარე) ყველაზე სწრაფად (დროში) იზრდება იმ მიმართულებით, საითაც პოტენციალი ყველაზე სწრაფად კლებულობს (სივრცეში). თუ სისტემაში არსებობს არაკონსერვატიული ძალები, მაშინ კინეტიკური ენერგიის ცვლილება (სიჩქარის ცვლილება) ხდება არა მარტო პოტენციალური ბარიერების ხარჯზე, არამედ დამატებით გარე არაკონსერვატიული ძალების ხარჯზეც. ამიტომაც, ნიუტონის მეორე კანონი ზოგადი სახით ასე ჩაიწერება:

m dv/dt = -du/dx + F

სადაც m არის ნაწილაკის მასა, dv/dt არის ნაწილაკის სიჩქარის ცვლილება დროში, რაც უდრის პოტენციალის ცვლილებას სივრცეში მინუს ნიშნით -du/dx, და გარე ძალების არსებობის შემთხვევაში დამატებითი F გარე ძალაც გვაქვს. ანუ, სიჩქარის ცვლილებაში (მოძრაობის ენერგიის ცვლილებაში) მონაწილეობას იღებს ერთდროულად პოტენციალური ველიც (პოტენციალური ბარიერების განაწილება) და არაკონსერვატიული ძალებიც (გარე ეფექტები). ეს მათი ჯამური ეფექტია, ამიტომაც სიჩქარის ცვლილება მათ ჯამს უდრის.

ბოლო შენიშვნა: ძალების ჯამს უდრის არა სიჩქარის ცვლილება, არამედ სიჩქარის ცვლილების ნამრავლი მასაზე. ეს იმიტომ, რომ რაც უფრო მეტია ნაწილაკის მასა, მით უფრო რთულია მისი სიჩქარის შეცვლა, და პირიქით - რაც უფრო მსუბუქია, მით უფრო მარტივია (როგორც იტყვიან, მასა ინერტულობის მაჩვენებელია). ამიტომაც, ერთი და იგივე ძალის შემთხვევაში, სიჩქარე მით უფრო სწრაფად იცვლება, რაც ნაკლებია მასა, და პირიქით. ამიტომაც, ეს ძალა უდრის სიჩქარის ცვლილების და მასის ნამრავლს.

გააზიარეთ, თუ მოგეწონათ...