Borna66
03-17-2009, 04:10 PM
در دنیای فیزیک هیچ مطلبی اساسی تر و ساده‌تر ازقوانین بقاوپایستگی ، نیست. در هر قانون بقا ، مقدار کلیککمیتفیزیکیمعین ، در یک دستگاه مفروض ، تنها به شرط منزوی بودن آن دستگام از تماماثرهای خارجی ثابت یا پایسته است. مثلا ، بردار اندازه و حرکت کل یک دستگاه منزوی ،ثابت است. تغییرات داخلی در داخل مرزهای یک دستگاه منزوی می‌تواند از طریقبرهمکنش متقابلذرات داخل این دستگاه رخدهند، ولی این تغییرات اثری در مقدار کل کمیت پایسته ندارند، و توانایی یک بقا (پایستگی ) نیز در همین مطلب نهفته است. نیازی نیست که به جزئیات آنچه در داخلدستگاه اتفاق می‌افتد بپردازیم. درحقیقت ، می‌توان از بر همکنشهای داخلی دستگاهچشم‌پوشی کرد. ولی اگر دستگاه کاملا منزوی باشد کیفیتهای پایسته تغییر نمی‌کنند. ازاینرو می‌دانیم که درفیزیک کلاسیکجرم کل ، انرژی کل ،اندازه حرکت خطیکل ،اندازه حرکت زاویه‌ایکل وبارالکتریکیکل در برخورد دو یا چند ذره مستقل از تاثیر خارجی دقیقا همان جرم کل ،انرژی کل ، اندازه حرکت خطی کل ، اندازه حرکت زاویه‌ای کل و بار الکتریکی کل پس ازبرخورد خواهند بود. انواع قوانین بقا را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:
قانون بقای جرم:
قانون بقایجرمیکی از قوانین بقای فیزیک کلاسیک است.با وجود تغییراتی که ممکن است در دیگر کمیتهای دستگاه ( مثل انرژی ،حجمودما) رخ دهد، جرم کل دستگاهبشرط منزوی و نشت ناپذیر بودن ثابت خواهد بود. به عبارت دیگر می‌توان گفت که جرمنمی‌تواند آفریده شده و یا از بین برود، یا جرم نمی‌تواند تولید و یا نابود شود.البته سیستمهایی وجود دارند که جرم آنها در طول زمان تغییر می‌کند. بعنوان مثال اگرحرکتموشکرا در نظر بگیریم،موشک قبل از پرتاب دارای یک مقدار جرم کل خواهد بود. اما بعد از پرتاب سوخت موشکمصرف می‌شود. بنابراین جرم سیستم موشک در این لحظه با جرم آن قبل از پرتاب متفاوتخواهد بود. بنابراین در مورد موشک بشرط منزوی بودن سیستم ساقط می‌گردد، لذا جرمسیستم بقا نخواهد داشت.
با این حال اگر موشک و گازهای خارج شده از آن راکلا بصورت یک سیستم فرض کنیم در اینصورت نیروهایی که گازهای خارج شده و موشک بهیکدیگر وارد میکنند، در حکم نیروهای داخلی بوده و شرط منزوی بودن سیستم برقرارمیشود و باز جرم بقا خواهد داشت. شایان ذکر است که این مطالب فقط در محدودهفیزیک کلاسیکمعتبر است. اما در حالتی کهسرعت جسم نزدیک بهسرعتنورباشد، در اینصورت دیگر در قلمرو فیزیک کلاسیک نخواهیم بود و لذا قانون بقایجرم نقض می‌گردد.
قانونبقای انرژی:
قانون بقای انرژی به این صورت بیان می‌شود که اگز هیچکاری روی دستگاه انجام نشود و یا دستگاه هیچکاری انجام ندهد، و اگرانرژی گرماییبه صورتگرمانه به دستگاه وارد و به از آن خارجمی‌شود، انرژی کل دستگاه ثابت می‌ماند.
چون در محدوده فیزیک کلاسیک ، درنهایت تمام انرژیها را می‌توان بصورتانرژیجنبشییاانرژیپتا نسیلبیان کرد، لذا قانون بقای انرژی بیان می‌کند که در یک دستگاه جمعانرژیهای جنبشی ذرات و انرژیهای پتانسیل بر همکنش متقابل آنها ثابت است، انرژیگرمایی صرفا انرژس مکانیکی نامنظم حرکت گستره‌ایملکولهاواتمهادر چنانمقیاس میکروسکوپیکیاست که انرژی جنبشی وپتانسیلی تک تک ذرات از هم متمایز نیستند. بعبارت دیگر می‌توان گفت که قانون اولترمودینامیک صرفا همان قانون بقای انرژی است که به کاملترین شکل خود بیان می‌شود،این قانون شامل آزمایش‌های مربوط به گرما و انتقال انرژی گرمایی به واسطه اختلافدماست.
قانون بقای اندازه حرکت خطی:
هرگاه دستگاهی تحت تاثیر هیچ نیروی خارجی خالص نباشد، اندازه حرکت خطیکل آن هم از لحاظ بزرگی و هم از نظر جهت ثابت می‌ماند.
قانون دوم نیوتن بیانمی‌کند که هرگاه جسمی تحت تاثیر یک نیروی خارجی خالص قرار بگیرد، آن نیرو برابر استبا آهنگ تغییرات اندازه حرکت خطی نسبت به زمان ، هنگامی که جرم تغییر نکند، نیروبسادگی باحاصلضرب جرم در شتاببرابر خواهد بود.
در فیزیک کلاسیکجرم ذرهثابت است و از سرعت آن و یا هر وضعدیگری مستقل است. بنابراین اگر برآیند کل نیروهای خارجی وارد بر یک جسم صفر باشد،در اینصورت آهنگ تغییرات اندازه حرکت خطی نسبت به زمان صفر خواهد بود. نکته دیگریکه باید مورد توجه قرار گیرد این است که وقتی دو جسم بر همکنش میکنند، اندازه حرکتخطی منتقل شده به جسم اول در یک بازو زمانی بینهایت کوچک، برابر و در خلاف جهتاندازه حرکت منتقل شده به جسم دوم، در خلاف همان بازو زمانی است. بنابراین نیروهایکنش و واکنش ، که در اینجا هر دو داخلی اند مساوی و مختلف الجهت هستند.
قانونبقای اندازه حرکت زاویه‌ای:
هر گاه دستگاهی تحت تاثیرگشتاور نیرویخارجی خالص نباشد، اندازه حرکتزواویه‌ای کل آن ، هم از لحاظ بزرگی و هم از نظر جهت ، ثابت خواهد ماند. گشتاورنیرو چنین تعریف می‌شود که هر گاه تحت تاثیر یک گشتاور نیروی خارجی خالصحرکتدورانیانجام دهد، در اینصورت این گشتاور نیرو با آهنگ تغییرات اندازه حرکتزاویهای نسبت به زاویه دوران برابر است. بنابراین اگر بر جسم هیچ گشتاور نیرویخارجی وارد نشود و یا برآیند گشتاور نیروهای خارجی وارد بر یک جسم صفر باشد، دراینصورت آهنگ تغییرات اندازه حرکت زوایه‌ای نسبت به زاویه دوران صفر خواهد بود. ولذا اندازه حرکت زواویه‌ای باید مقداری ثابت باشد. در اینجا نیز مانند مورد اندازهحرکت خطی ، علاوه بر مقدار جهت اندازه حرکت زاویه‌ای نیز مقداری ثابت باشد.
قانونبقای بار الکتریکی:
بار کل یک دستگاه الکتریکی منزوی ثابت است.چون هر مشاهده ، یا اندازه‌گیری روی یک دستگاه ، الزاما با خود آن دستگاه تداخلمی‌کند، منزوی شدن کامل یک دستگاه ایده‌آلی است که فقط با تقریب می‌تواند تحقق پیداکند و هرگز به طور کامل تحقق پذیر نیست. بعنوان مثال وقتیکه برای اندازه گیری دمای یکمایع ،دماسنجرا در داخل آن قرار می‌دهیم، دماسنجبوسیله مایع گرم یا سرد می‌شود، و مایع در همان زمان سرد یا گرم می‌شود. آنچهدماسنج در پایان نشان می‌دهد دمای واقعی مایع ، قبل از انجام اندازه‌گیری نخواهدبود دمای خوانده شده دمایی است که مایع پس از قرار گرفتن دماسنج به آن رسیده است.اما در فیزیک کلاسیک ، با انجام ماهرانه آزمایش ، همیشه امکان دارد که اغتشاش‌ها رابه میزانی کاهش داد که بتوان دستگاه را عملا منزوی در نظر گرفت. در این صورتبارکل بقا خواهد داشت. به عبارت دیگر مانند بقاء انرژی می‌توان گفت که بار نه آفریدهمی‌شود و نه نابود می‌گردد.
قانون بقای جرم ـ انرژی:
گفتیمکه اگر سرعت جسمی بتواند به مقدار نزدیک بهسرعتنوربرسد، در این صورت از محدوده فیزیک کلاسیک خارج خواهیم شد. در این حالتقوانین بقای جرم و انرژی نقض می‌شود، و در عوض یک قانون واحد بنام قانون بقای جرم ـانرژی بیان می‌شود. براین اساس هرگاه تغییری در مقدار جرم صورت گیرد، این تغییربوسیله تغییر انرژی جبران می‌شود، به عنوان مثال اگر جرم کاهش پیدا کند در این صورتبه اندازه تغییر جرم انرژی تولید می‌شود و برعکس اگر جرم افزایش پیدا کند، مقداریانرژی به جرم تبدیل شده است. هم ارزی بین جرم و انرژی اولین بار توسطاینیشتندرنظریه نسبتبیان شد.
قانون بقای پاریته:
درمکانیککوانتومیبه هر کمیت فیزیکی یک عملگر نسبت می‌دهند. اما عملگرهای دیگری نیزوجود دارند که اصلا معادل کلاسیکی ندارند. از این جمله می‌توان به عملگر پاریتهاشاره کرد. این عملگر براین اساس تعریف می‌گردد کهتوابع موج فردیازوجهستند بنابراین اگر تابع موج زوج یا فردباشد، در این صورت پاریته نیز زوج خواهد بود. اما پاریته بقا دارد، به این صورت اگرذره‌ای دارای پاریته زوج باشد همچنان زوج خواهد بود و اگر فرد باشد، همچنان فردباقی می‌ماند.
منبع: کلوب فیزیک
قانون بقای جرم:
قانون بقایجرمیکی از قوانین بقای فیزیک کلاسیک است.با وجود تغییراتی که ممکن است در دیگر کمیتهای دستگاه ( مثل انرژی ،حجمودما) رخ دهد، جرم کل دستگاهبشرط منزوی و نشت ناپذیر بودن ثابت خواهد بود. به عبارت دیگر می‌توان گفت که جرمنمی‌تواند آفریده شده و یا از بین برود، یا جرم نمی‌تواند تولید و یا نابود شود.البته سیستمهایی وجود دارند که جرم آنها در طول زمان تغییر می‌کند. بعنوان مثال اگرحرکتموشکرا در نظر بگیریم،موشک قبل از پرتاب دارای یک مقدار جرم کل خواهد بود. اما بعد از پرتاب سوخت موشکمصرف می‌شود. بنابراین جرم سیستم موشک در این لحظه با جرم آن قبل از پرتاب متفاوتخواهد بود. بنابراین در مورد موشک بشرط منزوی بودن سیستم ساقط می‌گردد، لذا جرمسیستم بقا نخواهد داشت.
با این حال اگر موشک و گازهای خارج شده از آن راکلا بصورت یک سیستم فرض کنیم در اینصورت نیروهایی که گازهای خارج شده و موشک بهیکدیگر وارد میکنند، در حکم نیروهای داخلی بوده و شرط منزوی بودن سیستم برقرارمیشود و باز جرم بقا خواهد داشت. شایان ذکر است که این مطالب فقط در محدودهفیزیک کلاسیکمعتبر است. اما در حالتی کهسرعت جسم نزدیک بهسرعتنورباشد، در اینصورت دیگر در قلمرو فیزیک کلاسیک نخواهیم بود و لذا قانون بقایجرم نقض می‌گردد.
قانونبقای انرژی:
قانون بقای انرژی به این صورت بیان می‌شود که اگز هیچکاری روی دستگاه انجام نشود و یا دستگاه هیچکاری انجام ندهد، و اگرانرژی گرماییبه صورتگرمانه به دستگاه وارد و به از آن خارجمی‌شود، انرژی کل دستگاه ثابت می‌ماند.
چون در محدوده فیزیک کلاسیک ، درنهایت تمام انرژیها را می‌توان بصورتانرژیجنبشییاانرژیپتا نسیلبیان کرد، لذا قانون بقای انرژی بیان می‌کند که در یک دستگاه جمعانرژیهای جنبشی ذرات و انرژیهای پتانسیل بر همکنش متقابل آنها ثابت است، انرژیگرمایی صرفا انرژس مکانیکی نامنظم حرکت گستره‌ایملکولهاواتمهادر چنانمقیاس میکروسکوپیکیاست که انرژی جنبشی وپتانسیلی تک تک ذرات از هم متمایز نیستند. بعبارت دیگر می‌توان گفت که قانون اولترمودینامیک صرفا همان قانون بقای انرژی است که به کاملترین شکل خود بیان می‌شود،این قانون شامل آزمایش‌های مربوط به گرما و انتقال انرژی گرمایی به واسطه اختلافدماست.
قانون بقای اندازه حرکت خطی:
هرگاه دستگاهی تحت تاثیر هیچ نیروی خارجی خالص نباشد، اندازه حرکت خطیکل آن هم از لحاظ بزرگی و هم از نظر جهت ثابت می‌ماند.
قانون دوم نیوتن بیانمی‌کند که هرگاه جسمی تحت تاثیر یک نیروی خارجی خالص قرار بگیرد، آن نیرو برابر استبا آهنگ تغییرات اندازه حرکت خطی نسبت به زمان ، هنگامی که جرم تغییر نکند، نیروبسادگی باحاصلضرب جرم در شتاببرابر خواهد بود.
در فیزیک کلاسیکجرم ذرهثابت است و از سرعت آن و یا هر وضعدیگری مستقل است. بنابراین اگر برآیند کل نیروهای خارجی وارد بر یک جسم صفر باشد،در اینصورت آهنگ تغییرات اندازه حرکت خطی نسبت به زمان صفر خواهد بود. نکته دیگریکه باید مورد توجه قرار گیرد این است که وقتی دو جسم بر همکنش میکنند، اندازه حرکتخطی منتقل شده به جسم اول در یک بازو زمانی بینهایت کوچک، برابر و در خلاف جهتاندازه حرکت منتقل شده به جسم دوم، در خلاف همان بازو زمانی است. بنابراین نیروهایکنش و واکنش ، که در اینجا هر دو داخلی اند مساوی و مختلف الجهت هستند.
قانونبقای اندازه حرکت زاویه‌ای:
هر گاه دستگاهی تحت تاثیرگشتاور نیرویخارجی خالص نباشد، اندازه حرکتزواویه‌ای کل آن ، هم از لحاظ بزرگی و هم از نظر جهت ، ثابت خواهد ماند. گشتاورنیرو چنین تعریف می‌شود که هر گاه تحت تاثیر یک گشتاور نیروی خارجی خالصحرکتدورانیانجام دهد، در اینصورت این گشتاور نیرو با آهنگ تغییرات اندازه حرکتزاویهای نسبت به زاویه دوران برابر است. بنابراین اگر بر جسم هیچ گشتاور نیرویخارجی وارد نشود و یا برآیند گشتاور نیروهای خارجی وارد بر یک جسم صفر باشد، دراینصورت آهنگ تغییرات اندازه حرکت زوایه‌ای نسبت به زاویه دوران صفر خواهد بود. ولذا اندازه حرکت زواویه‌ای باید مقداری ثابت باشد. در اینجا نیز مانند مورد اندازهحرکت خطی ، علاوه بر مقدار جهت اندازه حرکت زاویه‌ای نیز مقداری ثابت باشد.
قانونبقای بار الکتریکی:
بار کل یک دستگاه الکتریکی منزوی ثابت است.چون هر مشاهده ، یا اندازه‌گیری روی یک دستگاه ، الزاما با خود آن دستگاه تداخلمی‌کند، منزوی شدن کامل یک دستگاه ایده‌آلی است که فقط با تقریب می‌تواند تحقق پیداکند و هرگز به طور کامل تحقق پذیر نیست. بعنوان مثال وقتیکه برای اندازه گیری دمای یکمایع ،دماسنجرا در داخل آن قرار می‌دهیم، دماسنجبوسیله مایع گرم یا سرد می‌شود، و مایع در همان زمان سرد یا گرم می‌شود. آنچهدماسنج در پایان نشان می‌دهد دمای واقعی مایع ، قبل از انجام اندازه‌گیری نخواهدبود دمای خوانده شده دمایی است که مایع پس از قرار گرفتن دماسنج به آن رسیده است.اما در فیزیک کلاسیک ، با انجام ماهرانه آزمایش ، همیشه امکان دارد که اغتشاش‌ها رابه میزانی کاهش داد که بتوان دستگاه را عملا منزوی در نظر گرفت. در این صورتبارکل بقا خواهد داشت. به عبارت دیگر مانند بقاء انرژی می‌توان گفت که بار نه آفریدهمی‌شود و نه نابود می‌گردد.
قانون بقای جرم ـ انرژی:
گفتیمکه اگر سرعت جسمی بتواند به مقدار نزدیک بهسرعتنوربرسد، در این صورت از محدوده فیزیک کلاسیک خارج خواهیم شد. در این حالتقوانین بقای جرم و انرژی نقض می‌شود، و در عوض یک قانون واحد بنام قانون بقای جرم ـانرژی بیان می‌شود. براین اساس هرگاه تغییری در مقدار جرم صورت گیرد، این تغییربوسیله تغییر انرژی جبران می‌شود، به عنوان مثال اگر جرم کاهش پیدا کند در این صورتبه اندازه تغییر جرم انرژی تولید می‌شود و برعکس اگر جرم افزایش پیدا کند، مقداریانرژی به جرم تبدیل شده است. هم ارزی بین جرم و انرژی اولین بار توسطاینیشتندرنظریه نسبتبیان شد.
قانون بقای پاریته:
درمکانیککوانتومیبه هر کمیت فیزیکی یک عملگر نسبت می‌دهند. اما عملگرهای دیگری نیزوجود دارند که اصلا معادل کلاسیکی ندارند. از این جمله می‌توان به عملگر پاریتهاشاره کرد. این عملگر براین اساس تعریف می‌گردد کهتوابع موج فردیازوجهستند بنابراین اگر تابع موج زوج یا فردباشد، در این صورت پاریته نیز زوج خواهد بود. اما پاریته بقا دارد، به این صورت اگرذره‌ای دارای پاریته زوج باشد همچنان زوج خواهد بود و اگر فرد باشد، همچنان فردباقی می‌ماند.
منبع: کلوب فیزیک