Beim Herabfallen eines Steines, beim Hochwerfen eines Balles oder beim
Abbremsen eines Autos gehen Energieumwandlungen vor sich. Um solche Vorgänge
auch quantitativ beschreiben zu können, muss der Bereich, den man
beschreibt, von seiner Umgebung abgegrenzt werden (Bild 1).
In der Physik wird ein von seiner Umgebung
abgegrenzter Bereich als System oder als physikalisches System bezeichnet.
Von der Umgebung ist es durch
die Systemgrenze abgegrenzt.
Je nach der Art der Abgrenzung zwischen System und Umgebung unterscheidet
man offene Systeme, geschlossene
Systeme und abgeschlossene
Systeme. In der nachfolgenden Übersicht sind diese drei Arten
von Systemen genauer gekennzeichnet.
Von besonderer Bedeutung sind abgeschlossene
Systeme. In einem solchen abgeschlossenen System kann sich die
Energie zwar von einer Form in andere Formen umwandeln oder von einem
Körper auf andere Körper übertragen werden. Die Gesamtenergie
des Systems bleibt aber erhalten.
Solche Größen, deren Betrag in einem abgeschlossenen System
erhalten bleibt, nennt man in der Physik Erhaltungsgrößen.
Die Energie ist eine solche Erhaltungsgröße.
Andere Erhaltungsgrößen sind der Impuls
und der Drehimpuls. Der Impuls
eines Körpers ist gleich dem Produkt aus seiner Masse und seiner
Geschwindigkeit, Der Drehimpuls das Produkt aus Trägheitsmoment und
Winkelgeschwindigkeit. Auch der Energieerhaltungssatz,
der Impulserhaltungssatz und der Drehimpulserhaltungssatz
gelten nur für abgeschlossene Systeme.
Spezielle physikalische Systeme
In verschiedenen Bereichen der Physik ist es üblich, den Systembegriff
zu spezifizieren. So verwendet man in der Mechanik häufig den Begriff
des mechanischen Systems, speziell den Begriff abgeschlossenes
mechanisches System. Gemeint ist damit ein System, in den nur mechanische
Wechselwirkungen vor sich gehen und wo innerhalb des Systems keine mechanische
Energie in andere Energieformen umgewandelt wird. Das ist dann der Fall,
wenn keine Reibung auftritt oder die Reibung so klein ist, dass sie vernachlässigt
werden kann. Ein Beispiel dafür ist ein Fadenpendel in einem Zeitraum
von einigen Perioden oder ein Stein, der eine relativ kurze Strecke herabfällt.
In der Thermodynamik bezieht man sich häufig auf ein thermodynamisches
System, das offen, geschlossen oder abgeschlossen sein kann. Gekennzeichnet
ist ein solches System dadurch, dass man es mit thermodynamischen Zustandsgrößen
(innere Energie, Druck, Volumen, Temperatur) beschreibt.
Auch für diese speziellen Arten von Systemen gelten die allgemeinen
Aussagen, die oben zu physikalischen Systemen getroffen worden sind.