Бачи Алекс: другие произведения.

часть 2 Материя = Масса + Энергия

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Конкурс 'Мир боевых искусств.Wuxia' Переводы на Amazon
Конкурсы романов на Author.Today

Конкурс Наследница на ПродаМан
Получи деньги за своё произведение здесь
Peклaмa
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    В предыдущей части были рассмотрены три сущности, без которых наш мир не мог бы выглядеть именно таким, каков он есть. Далее попробуем разобраться, что такое Масса и Энергия.


   Вступление
   Материалистический взгляд на природу этого мира вовсе не отрицает существования таких явлений как - Разум, Мышление, Память, Фантазия, Мечта, Любовь и Ненависть, а также многое из того, что относится к сфере чувственных восприятий. Но рассмотрение этих понятий с научных позиций должно вестись в рамках какой-то иной парадигмы, отличной от материалистической.
   Согласно концепции данного рассуждения, Вселенная существует вечно, что само по себе подразумевает её постоянное совершенствование и развитие. В каких формах это может выражаться, мы можем лишь догадываться. Одна из наиболее популярных версий - существование нематериальной субстанции, которая является средоточием Разума во всех возможных его проявлениях. Другая, менее популярная, утверждает, что всеми природными процессами, как на уровне микроскопическом, так и в галактических масштабах, управляет вселенский Суперкомпьютер, бездушный вершитель судеб, лишённый чувств и симпатий к тому или иному представителю материального мира. Какая из версий наиболее близка к действительности, либо обе они ошибочны - вопрос, на который у человечества нет ответа, и спросить некого. Поэтому далее мы будем рассуждать о таких вещах и явлениях, которые подвластны анализу и пониманию в рамках материалистической парадигмы.
  

Материя = Масса + Энергия

  
   В предыдущей части были рассмотрены три сущности, без которых наш мир не мог бы выглядеть именно таким, каков он есть. Это и есть основной фундамент для последующих рассуждений. Далее нас интересует исключительно Материальный Мир во всём его многообразии. Конечно, периодически мы будем обращаться к сущностям нематериальным, таким как Пространство и Время, но теперь только в тех случаях, когда их связь с Материей очевидна и упоминание того требует.
  
   Как уже было отмечено ранее, Материя обладает всего двумя фундаментальными свойствами - вещественностью и подвижностью. Тем не менее, даже такого скромного инструментария вполне достаточно для того чтобы составляющие её частички - материальные объекты - обладали той безграничной гаммой разнообразия форм и проявлений, какие мы наблюдаем повседневно. Несмотря на то, что оба эти свойства принципиально неразделимы, рассмотрим каждое из них в качестве самостоятельного явления, целиком осознавая условность такого подхода. Итак:
  

Масса

  
   Свойство вещественности Материи в науке принято называть Массой. Определение этого термина в учебнике многословно, отчего выглядит скорее предположением, нежели утверждением, поэтому предлагается такое:
   Масса материального объекта - мера количества вещества, из которого состоит объект, равная арифметической сумме элементов, его составляющих.
   Или ещё проще:
   Масса - мера вещественности материального объекта.
   То есть, Масса - типичная пространственная характеристика, ведь любой материальный объект имеет определённый объём и плотность, а значит, занимает некоторую позицию в Пространстве по отношению к другим объектам.
   В повседневной жизни под Массой мы обычно понимаем Вес предмета, но понятия эти, хотя и родственны, но не тождественны. Зависимость Веса от Массы самая прямая, но Вес у предметов существует только в условиях планетарной гравитации. Это значит, что два объекта при одной и той же массе, но находящиеся на Луне и на Земле, при измерении покажут разный вес. А если нам потребуется узнать Массу предмета в космическом пространстве, то взвесить его вообще не получится.
   Каким образом узнать массу тела в условиях невесомости?
   Существует два способа.
   Первый учитывает количественную составляющую Массы, а потому даст максимально точный результат. Для этого используется формула:
   M=pV, где p - плотность, V - объём.
   На словах звучит так:
   Масса - это произведение плотности вещества на объём им занимаемый.
   Первый способ хорош, если мы имеем некоторое количество однородного вещества, его плотность легко измерить, а занимаемый объём описывается какой-нибудь несложной геометрической фигурой. В случае, когда химических характеристик вещества мы не знаем наверняка, а форма предмета далека от идеальной, потребуется иной способ определения Массы. Его мы назовём сравнительным, используя свойство, присущее всем материальным объектам - инертность. Взаимодействие двух тел, когда масса одного из них нам известна, позволит оценить массовые характеристики другого.
   Существенным недостатком второго метода является необходимость учёта множества факторов. К примеру, если плотность одного из объектов значительно отличается от другого, то возникающая в момент взаимодействия деформация исказит результат измерений. Также требуется учитывать и энергетические характеристики всех взаимодействующих тел, ведь не секрет, что движущееся поступательно тело обладает значительно большей энергией, нежели покоящееся.
   Несмотря на то, что указанные выше методы позволяют вычислять массу тел с высокой степенью точности, в практической жизни мы измеряем лишь Вес предметов. Именно по этой причине в классической физике не существует самостоятельной меры для Массы. Наука столь же несправедливо поступила и с Энергией, которая является вторым фундаментальным свойством Материи.
  

Энергия

  
   Следует заметить, что наука очень любит это понятие, и везде старается его использовать по делу и без оного. К сожалению, из представленных в учебнике формулировок довольно сложно понять, что же под термином Энергия подразумевает тот или иной автор. К тому же, существуют смежные понятия, такие как - Работа, Мощность, которые часто выступают в том же качестве, что и Энергия. В результате возникает путаница, вообще не позволяющая отличать эти термины друг от друга. Дабы упростить задачу и внести ясность, предлагается следующее определение:
   Энергия - мера подвижности материального объекта.
   Для полноты картины следует напомнить о главном постулате, на который опираются все последующие построения. Его сформулировал ещё Аристотель:
   Движение - способ существования Материи.
   Назовём его условно - Постулат о вечном и беспрерывном движении Материи, или коротко - Постулат Аристотеля. Из него следует, что любое материальное тело, независимо от своих размеров, формы и позиции в Пространстве, обязательно обладает Энергией, которая в самом общем виде представляет его подвижность.
   Также следует отметить совершенно уникальное свойство Энергии, а именно - её независимость от Времени, что постулируется Законом сохранения Энергии/Массы. Его частным случаем можно считать Первый закон Ньютона. Надо сказать, что Ньютон лишь пересказал формулировку Аристотеля чуть более современным языком, при этом её первоначальный смысл не изменился. По крайней мере, так утверждают историки.
   Первый закон Ньютона в наиболее краткой форме выглядит так:
   Любое материальное тело при отсутствии внешнего воздействия может неограниченное время перемещаться в Пространстве, либо покоиться.
   Здесь необходимо уточнить один важный момент:
   Под состоянием Покоя понимается лишь неизменность позиции тела в Пространстве, при этом его подвижность под сомнение не ставится, так как Постулат Аристотеля о вечном движении Материи в нашей Вселенной является обстоятельством непреодолимой силы.
   Каким образом покоящееся тело может двигаться?
   Известно лишь о двух видах подвижности, при которых тело может считаться покоящимся - колебание и вращение. В случае возвратно-поступательного движения тело заполняет собой определённый объём, пространственные координаты которого на длительном периоде времени неизменны. Если для колебательного процесса телу необходимо находиться под влиянием каких-либо сторонних сил, к примеру - взаимодействовать с гравитацией, то его вращение может быть целиком автономным, ничуть не завися от каких угодно внешних сил, полей, излучений, а также - Времени и Пространства.
   Последнее утверждение может показаться излишне идеалистичным, ведь в условиях земной гравитации мы привыкли к тому, что любое движение со временем прекращается, как поступательное, так и вращательное. Тем не менее, гравитация - вовсе не данность для всех космических объектов без исключения, а свойство, возникающее у некоторых из них лишь при наличии определённых факторов, о которых подробнее мы поговорим в последующих частях размышления.
  
   Ранее было отмечено, что обладание энергией - неотъемлемое свойство любого материального объекта. Классическая физика обычно рассматривает два её вида - потенциальную и кинетическую. И если формулировку кинетической энергии, приведённую в учебнике, можно считать близкой к реальности, то к определению потенциальной энергии имеются серьёзные возражения. В одном источнике мы читаем следующее:
   Потенциальная энергия - энергия взаимодействия тел. Потенциальной энергией тело само по себе не может обладать. Потенциальная энергия определяется силой, действующей на тело со стороны другого тела.
   Теперь дополнение из другого источника:
   Потенциальная энергия для некоторой конфигурации тел в пространстве принимается равной нулю.
   Исходя из представленных выше формулировок, до момента начала взаимодействия у тела не может быть потенциальной энергии, а если оно не движется поступательно, то и кинетической тоже. Такое утверждение вступает в прямой конфликт с Законом сохранения энергии, который в учебнике выглядит следующим образом:
   Энергия тела никогда не исчезает и не появляется вновь, она может лишь превращаться из одного вида в другой.
   Отсюда вывод - существующее на данный момент определение Потенциальной энергии не соответствует реалиям нашего мира.
   Нужно ли отказаться от этого термина вообще?
   Следует признать, что разделение энергии на кинетическую и потенциальную представляет определённое удобство, особенно в тех случаях, когда мы рассматриваем взаимодействие тел - движущихся и неподвижных. При этом факт обладания энергией обоими телами не может ставиться под сомнение. Для устранения конфликта нам потребуется лишь несколько изменить формулировку. К примеру, таким образом:
   Потенциальная энергия - мера подвижности покоящегося тела, как суммы движения элементов, из которых он состоит.
   Вспомним, что под Покоем мы понимаем такое состояние тела, при котором оно, либо элементы, из которых состоит тело, не меняют своего позиционного положения в Пространстве. То есть, если тело вращается, оно уже обладает потенциальной энергией, но даже в том случае, когда никакого заметного движения у тела мы зарегистрировать не можем, вращаются, колеблются и перемещаются элементы, из которых оно состоит, например - атомы. Но если и атомы прочно удерживаются на своих местах, то ядро атома всё равно состоит из движущихся по замкнутым орбитам элементов. Другими словами, движение в любом его варианте всегда сопутствует существованию материального тела, независимо от его размеров и формы, так как Движение - главное условие существования Материи, и это условие физически непреодолимо.
   Определение кинетической энергии будет таким:
   Кинетическая энергия - мера подвижности тела, изменяющего свою позицию в Пространстве.
   Несмотря на очевидное удобство разделения понятия Энергия на две независимые категории - кинетическую и потенциальную, нужно понимать условность такой классификации, весь отличие их друг от друга состоит лишь в характере подвижности тела. А если учесть тот факт, что траекторию движения материальной точки по окружности можно описать суммой сверхкоротких отрезков по форме близких к прямой, то отличий между прямолинейным и криволинейным движением будет ещё меньше.
  
   Для того чтобы взаимосвязь и взаимозависимость кинетической и потенциальной энергии была наиболее понятной, предлагается такой бытовой пример:
   Длинную нитку удобнее всего хранить в клубке или на катушке. В скрученном состоянии она занимает меньше места и может лежать в коробке сколь угодно долго. Когда вдруг возникнет необходимость связать тёплый шарф или свитер, на который потребуется очень длинная нитка, как раз и пригодится клубок, припасённый заранее. Размотать его столь же просто, как и смотать, при этом качество нитки не изменится. Так же и с энергией: не важно, в каком виде мы её храним - раскрутив массивный маховик или подняв тяжёлый груз на высоту. Когда понадобится использовать запасённую ранее энергию, мы её преобразуем в поступательное либо вращательное движение сообразно необходимости.
   В случае с вращающимися шкивами, соединёнными ремнём или цепью, вообще трудно говорить о том, какого движения в системе больше - вращательного или поступательного. Вот и получается, что преобразованием одного вида энергии в другой мы пользуемся повседневно, даже не задумываясь об этом.
   Учитывая вышесказанное, далее по тексту такие понятия как Кинетическая и Потенциальная энергии будут фигурировать лишь в тех особых случаях, когда требуется противопоставить поступательное движение вращательному, а в отдельных случаях - колебательному. Во всех других понятие Энергия будет использоваться в его наиболее универсальном варианте, а именно:
   Энергия - мера подвижности материального объекта.
  
  

Потенциал

  
   Ранее говорилось о неразрывности двух свойств Материи - её вещественности, называемой Массой, и подвижности, именуемой Энергией. В общем виде это тождество можно записать как:
   Е=М, где Е - Энергия, М - Масса.
   Это самый общий случай, который отражает взаимосвязь и взаимозависимость двух свойств Материи. Для того чтобы указанное тождество приобрело прикладные свойства, требуется ввести в обиход новое понятие. Итак:
   Потенциал - величина, отражающая меру подвижности материального тела.
   Под подвижностью мы понимаем любое перемещение - как вращение тела, так и его поступательное движение. То есть, независимо от того, меняет ли тело свою позицию в Пространстве, у него всегда имеется какой-то Потенциал. Обозначим его литерой q (ку).
   А теперь через новую физическую единицу выразим Энергию для любого материального тела:
   Е=М*q, либо Е=М(q), где q - мера подвижности тела.
   При всей своей простоте, данная запись вполне работоспособна.
   Для чего понадобилась такая физическая величина, как Потенциал?
   Формализация количества энергии через Скорость дело привычное, ведь в современной физике именно скорость является мерой движения для любого материального тела. Проблема лишь в том, что под скоростью мы понимаем дистанцию, которую тело проходит за определённый период времени, то есть V=S/t, где S - путь, t - время. В то же время, согласно формулировке Первого закона Ньютона, такой параметр как Время не может влиять на энергетические характеристики тела, движущегося в Пространстве поступательно без разгона и торможения. Другими словами, Движение тела, так же как и его Покой, при отсутствии "внешних раздражителей" могут длиться вечно. Это значит, что формализация Энергии как меры движения объекта через Скорость для физики не вполне корректна, поскольку ни Время, ни дистанция прохождения тела в Пространстве никак не влияют на наличие у него энергии, необходимой для движения. А поскольку при формализации скорости только эти параметры выступают в качестве аргументов, и никаких других нет, то, к огромному сожалению, скорость мы не можем считать адекватным эквивалентом движения, а значит, и Энергии тоже.
   Есть и другая "неловкость", сугубо формальная. Предположим, что тело за всё время своего существования ни разу не вступило во взаимодействие с другим телом. Это значит, что в формуле V=S/t и в числителе и в знаменателе вместо значений пути и времени у нас будут знаки бесконечности. Какое значение в этом случае нам придётся присвоить для Скорости - единицу, бесконечность или нуль? Но даже если по правилам деления мы получим единицу, каков будет физический смысл такой записи?
   Если же мы Энергию тела сразу выразим через "порцию движения" - Потенциал, изначально никак не связанный ни с Временем ни с Пространством, то избежим указанных выше сложностей при описании не только движущегося поступательно тела, но и те моменты, когда оно вступит во взаимодействия с другим телом. Главное удобство Потенциала в его изначальной согласованности с Энергией, которую для конкретного тела он может выражать как целиком, так и частями. Это значит, что в момент взаимодействия одного тела с другим мы вполне можем обойтись арифметическими операциями сложения и вычитания, в зависимости от конкретной конфигурации тел в Пространстве, их Массы, а также других сопутствующих факторов.
   В каких единицах измерять Потенциал?
   Так случилось, что наука традиционно рассматривала родственные по своей сути природные явления в качестве совершенно самостоятельных процессов, поэтому для каждого из них создала свою терминологическую среду и методику расчёта. А поскольку единиц для измерения Энергии на данный момент мы уже имеем более чем достаточно, то вряд ли есть необходимость в каких-то иных. Как и прежде, количество теплоты будем измерять в Джоулях и Калориях, температуру в градусах Цельсия, Кельвина и Фаренгейта, напряжение в Вольтах и Кулонах, давление в Барах и Паскалях, понимая при этом, что все они означают меру подвижности тела, либо элементов, его составляющих - атомов, молекул или зарядов.
   Далее под Потенциалом мы будем понимать любую порцию Энергии, измеряя в "физических" либо в "математических" величинах, наиболее подходящих для рассматриваемого процесса.
   К примеру, разность потенциалов в электрической цепи, как и прежде, будем измерять в Вольтах, разность температур - в градусах, а разность давлений в барах. При этом, вполне допустимо эти же значения выразить просто числом, процентным соотношением или даже дробью, если для расчёта используется пропорция. Ведь не секрет, что зачастую нам важно знать не столько само значение, сколько изменение его в разы, либо на некоторую часть. Хорошей иллюстрацией такому утверждению будет пример с рычагом:
   Мы не знаем фактического веса булыжника, который нужно приподнять или передвинуть, но у нас есть палка определённой длины, упор и вес нашего тела. При определённой сноровке не составит никакого труда определить расстояние до упора, на котором нужно взяться за палку, чтобы приподнять камень. Затем, сопоставив между собой длину короткого и длинного конца палки, мы узнаем соотношение веса нашего тела по отношению к камню, которое будет либо дробью, либо каким-то числом. Конечно, зная собственный вес, мы можем легко вычислить и вес камня, но в большинстве случаев вполне достаточно понимания соотношения масс нашего тела и камня. Это тот самый случай, когда нет никакой нужды использовать меры веса, такие как килограмм, фунт или пуд, поскольку они придуманы людьми, а природа без них вполне обходится.
  
   Прежде чем перейти к следующей теме размышления, следует отметить принципиальное отличие таких понятий как - количество теплоты и температура. Итак:
   Количество теплоты - величина, отражающая наличие у тела собственной энергии - потенциальной или иначе - внутренней. Она зависит от множества факторов: от количества вещества, его плотности, внутренней структуры. Простой пример:
   Мы имеем чайник объёмом 2 литра и железную кружку 200 мл. Чтобы довести воду до кипения в обеих ёмкостях на электроплитке, нам потребуется разное количество времени, а значит, и электроэнергии. Поскольку разница в массе воды у нас получается десятикратная, то примерно такое же соотношение будет и по энергозатратам. И это притом, градусник покажет одинаковую температуру воды в чайнике и к кружке.
   Температура - отклонение тепловой характеристики тела от некоторого уровня, принятого за ноль.
   Термометр со шкалой Цельсия покажет, на сколько ступеней (градусов) отличается температура какого-либо материального тела от температуры замерзания воды, но о количестве тепла у него можно лишь догадываться, так как нужно знать ещё и массу тела, а также его теплоёмкость.
   Продолжаем...
  

Инерция

  
   Как уже отмечено выше, Инерцией в нашей Вселенной обладают все материальные тела без исключения. Но Масса тела не единственный фактор, определяющий меру его инертности. Проведя эксперименты с различными предметами, например, с бильярдными шарами, можно сделать вывод о том, что инерция в равной степени зависит как от массы тела, так и от наличия у него движения - поступательного и/или вращательного. Когда мы рассматриваем систему взаимодействующих тел, важным параметром, влияющим на значения инерции, будет также их пространственная конфигурация, то есть - направление сил при конкретном взаимодействии.
   Формулировка в наиболее простом виде выглядит таким образом:
   Инертность материального тела - это произведение массы тела на меру его подвижности.
   Формальная запись такая:
   J=ME, где J - инертность тела, M - его масса, E - энергия.
   Следует отметить также, что Инерция в системе взаимодействующих тел является антиподом и в то же время "физически синонимом" такому понятию как - Мощность. С учётом эквивалентности этих понятий, формула полной мощности будет такой:
   N=ME, где N - мощность тела, M - его масса, E - энергия.
  
   А теперь сравним получившиеся выше с тем, как учебник физики трактует понятия гидравлической и электрической мощности:
   N=PQ, где N - мощность гидропривода, P - давление, Q - скорость потока.
   P=IU, где P - электрическая мощность, I - электрический ток (направленное движение материальных частиц в проводнике), U - напряжение (давление материальных частиц в проводнике).
   В качестве дополнительного аргумента о тождественности указанных выше формул следует указать на физическое сходство таких понятий, как электрическое напряжение и гидравлическое давление, а значит - сопротивление проводника и сечение трубы также являются "физическими синонимами". Соответственно, присмотревшись внимательно к формулам Бернулли и Закону Ома, мы обнаружим, что описывают они схожие природные процессы. Из чего можно сделать предположение о том, что все указанные формулы отражают общий природный Сценарий.
   Оформим сказанное выше в виде определения:
   Инерция в системе взаимодействующих тел численно равна Мощности, необходимой на её преодоление.
   Либо чуть иначе:
   Мощность и Инерция в системе взаимодействующих тел равны по модулю, но противоположны по направлению действия.
  
   Подход, используемый в этой части размышления, назовём формальным, так как здесь не объяснена "внутренняя механика" возникновения Инерции. Этот пробел будет восполнен в последующих частях размышления, относящихся к внутреннему строению вещества, а сейчас, продолжим...
  

Сила и Импульс

  
   С точки зрения современной физики - Импульс и Сила - некоторые порции Энергии, вне зависимости от того, находится материальное тело в процессе взаимодействия с другим телом либо нет. Утверждение весьма спорное, ведь тело при отсутствии контакта с другими телами не может, ни принять Энергию извне, ни отдать её, что постулируется Законом сохранения энергии/массы, и в частности - Первым законом Ньютона. Это значит, что в реальном взаимодействии Сила и Импульс могут возникнуть лишь в момент непосредственного контакта между телами - ни до этого события, ни после. Нет взаимодействия, нет ни Силы, ни Импульса, есть только собственная энергия, которой тело может обладать на значительном промежутке времени.
   Трактовка этих понятий в учебнике физики такова:
   Импульс - производная массы от скорости, формально - p=mv.
   Сила - производная массы от ускорения - F=ma.
   Рассмотрим по порядку недостатки существующей ныне формализации этих понятий:
   Во-первых, обе формулы ничего не говорят о наличии какой-либо энергии у материального тела, которое при неизменной массе может ей обладать в довольно широком диапазоне значений. Во-вторых, у любого материального тела имеется инерция, что также не учитывается в указанных формулах. Получается, что величина Импульса и Силы никак не соотносятся ни с потенциальной, ни с кинетической энергией тела, что выглядит несколько неожиданно, ведь по определению они как раз и являются "некоторыми порциями энергии". К тому же, обе формулы не учитывают температуру тела, его электрический потенциал, плотность, перемещение в Пространстве или вращение. Известно, что снаряд, выпущенный из пушки, летит дальше, если ему придать вращение относительно своей оси при тех же параметрах порохового заряда. Это значит, что в реальности Сила и Импульс зависят от множества различных факторов, а не только от массы и скорости. А теперь совсем неожиданный вопрос:
   Зависит ли величина Импульса от скорости, а Силы, от ускорения тела?
   Для ответа на этот вопрос присмотримся внимательнее к таким понятиям как Скорость и Ускорение.
   Если рассматривать формализацию этих понятий с точки зрения математики, то претензий к ним нет. А вот с позиций физики формулы V=S/t и a=V/t выглядят довольно странно.
   Нетрудно заметить, что в формуле скорости мы имеем лишь дистанцию как часть Пространства и продолжительность процесса как некий отрезок Времени. То есть, в обеих формулах нет ни одной характеристики, прямо относящейся к материальному телу, обязательно имеющему массу и энергию. Данное замечание может показаться неуместной придиркой, но только в том случае, если мы забыли о существовании Первого закона Ньютона. Согласно ему любое материальное тело может покоиться либо перемещаться в Пространстве с неизменной скоростью неограниченное количество Времени. То есть, согласно постулату Аристотеля движение материального тела вообще никак не связано ни с Пространством ни с Временем, а значит, формула V=S/t физического смысла не имеет.
   Рассматривая Ускорение, мы всегда имеем в виду Разгон или Торможение тел, вступивших во взаимодействие друг с другом. При этом одно тело отдаёт порцию собственной энергии, другое получает. Само по себе тело не может ни ускориться, ни замедлиться, чему виной всё тот же Первый закон Ньютона.
   Вопрос также к размерности значений ускорения - м/с^2 (метры в секунду за секунду). Что такое "квадратный метр" мы знаем - это площадь фигуры, "кубический метр" - некоторый объём, но что такое - "квадратная секунда" - вопрос, на который вряд ли кто-то знает ответ. Всё потому, что Время не может быть ни "квадратным" ни "кубическим" - оно в нашей Вселенной одно единственное. И вообще, эта сущность неосязаемая, поэтому любы математические манипуляции с использованием Времени - не более чем упражнения для ума, к физике не имеющие никакого отношения.
   Делаем вывод о том, что формализация таких понятий как Скорость и Ускорение строится исключительно по законам математики, но физическую сущность процесса движения они не раскрывают и не иллюстрируют.
  
   Следующий вопрос:
   Если существующий подход признан неверным, то нужны ли вообще такие понятия как Сила и Импульс?
   Они полезны и даже необходимы, так как позволяют описывать различные варианты энергетического обмена между телами, являясь некими "порциями энергии", которые в процессе взаимодействия переходят от одного тела к другому. Но их формализация требует несколько иных подходов, нежели ныне существующие.
   Для начала желательно определиться с физическим смыслом этих терминов.
   Что собой представляет Импульс?
   Очевидно, что это количество движения, которое одно тело может передать другому в момент контактного взаимодействия. То есть действие, строго лимитированное по времени. Отсюда формулировка:
   Импульс - период времени, за который происходит передача некоторой части энергии от одного тела к другому.
   Формально это будет выглядеть так:
   p=qt, где p - Импульс, q - Потенциал, t - период продолжительности контактного взаимодействия.
   Другими словами, величина Импульса, а значит, и количество переданной энергии от одного тела другому, впрямую зависит от длительности их взаимодействия. Важно отметить также, что Импульс - характеристика энергетическая, а значит, он не зависит о массы взаимодействующих тел. Пожалуй, это принципиальное отличие Импульса от Силы. Следующий вопрос:
   Что такое Сила?
   Для начала, разберёмся с "механикой процесса" на основе формулы из учебника - F=ma, где F - сила, m - масса тела, a - его ускорение. Очевидно, что в момент контакта двух тел никакого ускорения мы не зафиксируем, так как внешней силе противодействует инерция другого тела, на преодоление которой требуется некоторое количество времени. Здесь мы имеем дело с Импульсом, но ещё не с Силой. Далее, если энергии первого тела недостаточно для преодоления инерции другого, то выделится некоторое количество теплоты от удара, возможно, мы отметим вибрацию, либо произойдёт деформация тел, но никакого ускорения опять не последует. Теперь предположим, что удар был столь силён, что покоящееся тело пришло в движение. Но даже в этом случае, на очень короткий период времени мы зафиксируем резкий разгон одного тела и торможение другого, после чего скорости каждого из них выровняются и далее будут постоянными в полном соответствии с количеством полученной энергии одним телом и потраченной другим. То есть, для того чтобы Разгон длился дольше, требуется продолжение взаимодействия, в основе которого передача порции энергии от одного тела к другому. В противном случае тело, получившее часть энергии, продолжит своё движение в Пространстве с неизменной скоростью - без разгонов и торможений.
   Хотелось бы понять - Где здесь Ускорение?
   Тот же вопрос к ускорению свободного падения g, которое имеет место в формуле веса - P=mg, ведь когда тело падает, у него нет веса, а достигнув поверхности Земли, ни о каком ускорении и речи быть не может, так как тело уже покоится. С учётом того, что Вес тела - это тоже Сила, признаем серьёзные проблемы с формализацией в учебнике этой физической величины.
  
   Так или иначе, при взаимодействии тел мы имеем дело с передачей и приёмом энергии при которой собственная инерция тел - далеко не последний фактор. Соответственно, скорость - начальная и конечная - величина даже не вторичная, а второстепенная, так как значимые параметры здесь такие - Масса тел, их Энергия, а также, Инерция каждого из них. Вот и получается - Сила есть, и даже Скорость, а Ускорения обнаружить нам так и не удалось.
   Попробуем самостоятельно ответить на вопрос:
   Откуда появилось Ускорение в классической формуле Силы?
   По всей видимости, произошло досадное недоразумение. Суть его в следующем:
   Торможение и Разгон тела - процессы, всегда занимающие определённое количество времени. Процесс массово-энергетического преобразования также не может случиться моментально, и чем больше Масса тела, тем длительнее процесс перехода Энергии из одного состояния в другое в силу существования инерции. Математика эту "сложность" разрешила вопреки "механической логике" через скорость от скорости, исказив физический смысл процесса до абсурдного, так как время пришлось умножать само на себя.
   Математическая запись, дающая правильный результат без необходимости манипуляций с временем вполне сгодилась бы, но для прямолинейного движения её пока не изобрели. Поэтому для физики единственно верный способ формализации Разгона тела и Торможения возможен лишь через сложение и вычитание энергии контактирующих тел. В качестве "агента передачи" как раз и подойдёт Потенциал, либо его производная по времени - Импульс.
   Делаем вывод, что Сила зависит лишь от масс тел и их энергий. Так как при контактном взаимодействии одно тело не может отдать всю свою энергию, то мы рассматриваем в формуле только её порцию - Потенциал. В результате формула получается такая:
   F=mq, где F - сила, m - масса тела, q - Потенциал.
   Другими словами, Сила - это некоторая часть Мощности тела, требующейся на преодоление Инерции другого тела, отсюда столь поразительная схожесть с формулой:
   N=ME, где:
   F - часть мощность тела - N,
   M и m - масса тела,
   q- часть полной энергии - E.
  
   Ещё раз отметим "физическую синонимичность" таких понятий как - Сила в механике, Давление в гидравлике и Напряжение в электрике. Несмотря на то, что современная наука их рассматривает в качестве самостоятельных физических процессов, они являются лишь разными формами выражения общего природного сценария.
  

Закон рычага

  
   Как уже было сказано ранее, Скорость - сугубо математическая характеристика Движения. Единицы скорости достаточно условны, так как мы вынуждены использовать меры продолжительности (секунды) и протяжённости (метры), которые вообще никак не сопоставляются с безразмерными - Временем и Пространством. Тем не менее, суть Триединства основывается на неразрывности трёх Абсолютов по отношению друг к другу, а также, их взаимозависимости. Это значит, что можно составить пропорцию, связывающую между собой Материю, Пространство и Время. К счастью, математика вполне пригодна для отображения таких физических процессов, так как знакома с пропорцией и умеет хорошо её рассчитывать.
   В физике существует Закон рычага, который считается эмпирическим, то есть - бездоказательным. Тем не менее, его верность и работоспособность основывается на прочном фундаменте, а именно - Законе сохранения Энергии/Массы. То есть, любая пропорция будет отражать реальное взаимодействие, при условии, что динамика рассматриваемого процесса прочно увязывается каким-либо "неизменяемым параметром". В таком качестве может выступать, к примеру - масса тела, его энергия, либо пространственные габариты, выраженные через объём или плотность вещества.
   Считается, что Закон рычага действителен только для механических систем, но в реальности его следует рассматривать значительно шире. Процессы, так или иначе связанные с давлением, количеством теплоты и электричеством, легко формализуются через этот закон посредством составления пропорции, что зачастую намного удобнее, нежели с использованием точных числовых значений в Барах, Градусах или Вольтах. Более того, не редко пропорция позволяет представить динамику физического процесса более наглядно, нежели с использованием конкретных цифр.
   Закон рычага в учебнике выглядит следующим образом:
   Отношение длины плеч рычага обратно пропорционально отношению приложенных к ним сил.
   По утверждениям историков древние греки этот закон формулировали чуть проще:
   Выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии.
   Формула такая:
   L1/L2=F2/F1либо равноценная ей L1*F1=L2*F2
   Имея такую пропорцию, мы можем вообще не использовать никаких мер измерения, достаточно лишь всю длину рычага разбить на равные отрезки так, чтобы какая-либо из меток на нём точно совпадала с опорой. Таким нехитрым образом мы получим простую дробь для правой и левой части записи. Всё просто, и не нужно никаких Метров, Ньютонов, Килограммов. Существует шутливое выражение:
   Природе не нужны числа, их придумали люди, чтобы считать деньги.
  
   Стоит лишь чуть шире взглянуть на сущность Закона рычага, и мы его легко обнаружим в любом физическом процессе, который обязательно подчиняется более глобальному - Закону сохранения Массы/Энергии.
   А как же электричество?
   Наиболее наглядно Закона рычага в электротехнике иллюстрирует обычный трансформатор. Его "плечи" - первичная и вторичная обмотка. Опора или знак равенства - железный сердечник, масса которого впрямую указывает на предельную мощность передачи через него энергии. Трансформатор позволяет изменять значения напряжения и тока на его входе и выходе в широчайших пределах - от единиц вольт до десятков и сотен киловольт, от миллиампер до сотен и тысяч ампер. Единственное ограничение - формула:
   P=U*I, где P - мощность, U - напряжение, I - ток.
   Применительно к реальному трансформатору, массу сердечника мы можем заменить знаком равенства, так как для двух катушек, а значит, и частей уравнения она будет неизменной. Тогда зависимость напряжения и тока в первичной и вторичной катушках будет подчиняться такой пропорции:
   U1/U2=I2/I1 либо U1*I1=U2*I2
   Сравним с приведёнными выше:
   L1/L2=F2/F1либо L1*F1=L2*F2 и сделаем вывод об их сходстве.
   А именно:
   Закон рычага распространяется на все без исключения физические процессы - механические, пневмо- и гидродинамические, химические, электрические, так как является выражением общей природной закономерности, называемой - Закон сохранения Массы/Энергии.
  
   В заключение этой части размышления следует ещё раз напомнить, что Масса и Энергия - лишь свойства общей для них сущности - Материи. Масса отвечает за пространственные характеристики материальных тел - количество, вещественность, позиционность, а Энергия - показатель их подвижности.
  
  
   На этом месте поставим многоточие...
  

 Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com В.Соколов "Мажор: Путёвка в спецназ"(Боевик) Е.Флат "Свадебный сезон 2"(Любовное фэнтези) Д.Деев "Я – другой 5"(ЛитРПГ) А.Емельянов "Мир Карика 11. Тайна Кота"(ЛитРПГ) М.Ртуть "Попала, или Муж под кроватью"(Любовное фэнтези) В.Василенко "Статус D"(ЛитРПГ) Л.Малюдка "Монк"(Уся (Wuxia)) А.Ригерман "Когда звезды коснутся Земли"(Научная фантастика) В.Старский "Интеллектум"(ЛитРПГ) В.Соколов "Мажор 2: Обезбашенный спецназ "(Боевик)
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
И.Мартин "Время.Ветер.Вода" А.Кейн, И.Саган "Дотянуться до престола" Э.Бланк "Атрионка.Сердце хамелеона" Д.Гельфер "Серые будни богов.Синтетические миры"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"