Роль фундаментальных законов сохранения в описании природы
Общей чертой всех рассмотренных фундаментальных величин – импульса, полного момента и полной энергии – является то, что они сохраняются для изолированной физической системы независимо от ее природы.
Наибольшее применение законы сохранения нашли при анализе процессов в ядрах атомов и среди элементарных частиц. Элементарные частицы –первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. В современной физике термин употребляется (менее строго) для наименования большой группы мельчайших частиц материи, подчиненных условию, что они не являются атомами или атомными ядрами (исключение составляет протон). При их столкновениях и распадах происходят не только взаимопревращения различных форм энергии, но и возникновение новых ядер и элементарных частиц.
С практической точки зрения нам далеко не безразлична форма, в которой находится энергия. Так, кинетическая энергия – это «полезная» энергия, которую относительно просто превратить в тепло или использовать для получения работы. Энергия покоя – это скрытая или внутренняя энергия. Всякая возможность, хотя бы частично превратить ее в кинетическую энергию, выгодна. Иногда бывает полезен и обратный переход, когда за счет затрат кинетической энергии получают дополнительную энергию покоя, а значит и массу. Обычно при этом ставят целью получение новых молекул, ядер или элементарных частиц.
Наиболее яркой иллюстрацией процессов взаимопревращения энергии служит процесс полной трансформации вещества в электромагнитное излучение. Это, так называемая, аннигиляции пары частиц – электрона и позитрона.
Процесс состоит в том, что вместо исходных покоящихся электрона и позитрона возникают два одинаковых фотона, разлетающихся с одинаковыми импульсами в противоположные стороны. Энергетический баланс показывает, что при этом исходная энергия покоя частиц полностью превращается в кинетическую энергию фотонов.
С процессами взаимопревращения энергий покоя и кинетических энергий человек впервые познакомился после открытия явления радиоактивности. Радиоактивность–испускание излучения естественного происхождения некоторыми минералами. Выявлено, три типа этого излучения: a – лучи – тяжелые положительно наряженные частицы (ядра гел1ия), b – лучи – отрицательно заряженные легкие частицы (электроны), 
– лучи – нейтральное излучение, не обладающее массой.
Была открыта в 1956 г. новая частица- нейтрино, название его было дано в 1933 г. Э. Ферми, а гипотезу о его существовании высказал в 1930 г. швейцарский физик В. Паули. Нейтрино обладает весьма необычными свойствами: нулевым зарядом, нулевой массой и очень слабым взаимодействием с другими частицами. При этом оказалось, что ее роль в природе исключительно велика.
Вопрос о взаимопревращении энергий покоя и кинетических энергий приобрел важное практическое значение в связи с проблемой обеспечения человечества полезной энергией за счет энергии, заключенной в ядрах атомов. Чтобы ядро можно было бы «рассыпать» на отдельные составляющие его нуклоны – протоны и нейтроны, в среднем на каждый нуклон нужно затратить определенную энергию – так называемую удельную энергию связи.
Первый возможный процесс называется делением ядер. В ходе него рыхлые ядра урана-235 или плутония, сталкиваясь с нейтроном, превращаются в более легкие, но более плотные ядра. Второй возможный процесс называется синтезом или слиянием ядер. В ходе него рыхлые ядра тяжелого водорода – дейтерио объединяются в более плотные ядра гелия.
Контрольные вопросы:
1. Что такое «моделирование»?
а.Моделирование - изучение моделируемого объекта (оригинала), базирующееся на взаимнооднозначном соответствии определенной части свойств оригинала и замещающего его при исследовании объекта (модели) и включающее в себя построение модели, ее изучение и перенос полученных сведений на моделируемый объект – оригинал.
б.Моделирование – составление модели объекта.
в.Моделирование – представление объекта в первоначальном виде, с учетом его внутренней структуры (атомы, молекулы).
г.Моделирование - изучение моделируемого объекта (модели), базирующееся на взаимооднозначном соответствии определенной части свойств оригинала и замещающего его при исследовании объекта (оригинала) и включающее в себя построение модели, ее изучение и перенос полученных сведений на моделируемый объект – модель.
2. Какие выделяют виды моделирования?
а.Мысленное (идеальное), физическое, символическое (знаковое), математическое.
б.Мысленное (идеальное), физическое, символическое (знаковое), математическое, численное моделирование на компьютере.
в.Мысленное (идеальное), символическое (знаковое), математическое.
г.Мысленное (идеальное), символическое (знаковое),
3. Какие 2 этапа описания природы существуют в естествознании?
а.Натурфилософский и посленаучный.
б.Донаучный и посленаучный.
в.Донаучный и научный.
г.Научный и натурфилосовский.
4. Какие существуют две самые общие (фундаментальные) модели материи?
а.Модель частицы (корпускулы) и модель сплошной среды (континуума).
б.Модель частицы (континуума) и модель сплошной среды (корпускулы).
в.Модель пространства и времени.
г.Модель вещества и частицы.
5. Что такое “масса”?
а.Масса – это скалярная величина, служащая объективной и универсальной характеристикой любых объектов.
б.Масса - это сила, с которой тело действует на опору.
в.Масса - неинвариантной величиной, одинаковой во всех инерциальных системах отсчета.
г.Масса - вес тела.