Замкнутая система (механика)

Замкнутая система (механика) — система тел, находящаяся на столь большом расстоянии от всех остальных тел Вселенной, что можно пренебречь их воздействием на тела рассматриваемой системы. Тела, входящие в замкнутую или изолированную систему, могут взаимодействовать только между собой и не могут взаимодействовать со всеми остальными телами Вселенной.[1][2][3] Понятие изолированной системы применяется не только в классической, но и в квантовой механике.[4][5][6]

Одни авторы считают понятия замкнутой и изолированных систем тождественными друг другу[1], другие авторы считают их различающимися[7].

Сторонники второй точки зрения считают, что следует отличать замкнутую систему и изолированную[7]:

С их точки зрения, изолированная система всегда является замкнутой, но не наоборот.

Понятие замкнутой системы является идеализацией, так как гравитационные силы распространяются при любых расстояниях между объектами. Эта идеализация приближенно справедлива, когда силы воздействия со стороны объектов, не входящих в систему, пренебрежимо малы по сравнению с силами, действующими между объектами системы.[3]

Например, Cолнечную систему рассматривают как замкнутую систему при изучении взаимодействий между всеми входящими в нее телами и игнорировании воздействий на тела, входящие в Солнечную систему, со стороны других материальных объектов Вселенной.[3]

Важность понятия замкнутой механической системы определяется тем, что законы сохранения импульса, момента импульса и энергии выполняются только в замкнутых системах тел. Также понятие замкнутой системы существенным образом используется при определении понятий однородности времени, однородности и изотропности пространства.[8] Перед решением любой механической задачи, как правило, необходимо сначала определить замкнутую систему тел,[9][10] так как только для изолированной механической системы может быть детерминистически предсказано её будущее на основе знания её начальных условий и уравнений движения.[11]

В неинерциальных системах отсчёта не может быть замкнутых систем, так как для любого из тел системы силы инерции всегда являются внешними силами.[12]

Если замкнутая механическая система состоит только из одной материальной точки, не подвергающейся внешним воздействиям, то она называется свободной материальной точкой.[3]

Незамкнутой механической системой называется механическая система, взаимодействующая с другой механической системой. Это взаимодействие может проявляться как в действии механических сил на незамкнутую систему (например, при явлении вынужденных колебаний), так и в изменении со временем параметров незамкнутой системы (например, при явлении параметрического резонанса).[13]

Если другая механическая система совершает известное движение, то удобно обе механических системы рассматривать как одну объединённую замкнутую механическую систему. В этом случае действие механических сил со стороны одной её части на другую задаётся посредством учета влияния создаваемого ей внешнего поля на потенциальную энергию объединённой системы.[14]

Внутренними силами называются механические силы, действующие на некоторую материальную точку или тело механической системы со стороны других материальных точек или тел, входящих в эту механическую систему. Внешними силами называются механические силы, действующие на некоторую материальную точку или тело механической системы, вызываемые действием материальных точек или тел, не входящих в рассматриваемую систему. Замкнутой системой называется такая система материальных точек или тел, на каждое из которых не действуют внешние силы.[15]