守恒量
守恒量
经典力学里,对于一个动力系统,随着时间的演进,所有保持不变的物理量都称为守恒量(conserved quantity),又称为运动常数。由于很多物理定律会表达某种守恒行为,对应的守恒量时常会出现于真实系统。例如,假设在某系统内涉及的作用力是保守力,则此系统的能量是守恒量。假设涉及的作用力是连心力,则此系统的角动量是守恒量。
动量守恒
根据动量守恒定律,如果一个系统内部的粒子所受外力的总和为零,则该系统的动量保持不变。这意味着,如果没有外力作用,或者外力相互抵消,系统中粒子的动量是一个守恒量。在这种情况下,粒子将保持匀速直线运动或静止状态。动量守恒可以用牛顿第二运动定律来表达,即当净外力为零时,动量的时间偏导数也为零,因此动量不随时间改变。
角动量守恒
角动量守恒定律指出,如果一个系统内部的粒子所受外力矩的总和为零,则该系统的角动量保持不变。这表明在没有外力矩或外力矩相互抵消的情况下,系统中粒子的角动量是一个守恒量。粒子将保持匀角速度运动或直线运动。角动量守恒的数学表达是,当净外力矩为零时,角动量的时间导数也为零,因此角动量是一个常数
能量守恒
经典力学中,一个粒子的能量是其动能和势能的总和。能量守恒定律表明,如果一个粒子所受的所有外力都是保守力,那么这个粒子的能量是守恒的。能量守恒可以用数学方程来描述,其中能量是动能和势能的代数和。动能与粒子的运动速度有关,而势能与粒子所受的保守力有关。如果系统中的所有力都是保守力,那么能量对时间的导数为零,表明能量是一个守恒量。
能量函数和拉格朗日力学
拉格朗日力学中,物理系统的拉格朗日量是动能和势能的差值。拉格朗日方程描述了系统的运动轨迹。如果拉格朗日量不显式地依赖于时间,那么可以定义一个能量函数,它是广义动量和广义速度的乘积与拉格朗日量的差。这个能量函数对时间的导数等于拉格朗日量对时间的偏导数的相反数。因此,如果拉格朗日量不依赖于时间,能量函数是一个守恒量,可以被视为系统的能量,从而表明系统的能量守恒。
参考资料
目录
概述
动量守恒
角动量守恒
能量守恒
能量函数和拉格朗日力学
参考资料