скачать книгу бесплатно
В физике известен принцип Аристотеля – «природа боится пустоты». Однако в реальной действительности всё обстоит ровно наоборот. Направленность всех взаимодействий от большего напряжения к меньшему обусловлена скорее боязнью тесноты и любовью к пустоте. В соответствие с принципом боязни тесноты две единицы чистой материи не могут занимать одно и то же место в пространстве, т.к. это нарушает их свободную локализацию в пространстве, что и является физической основой взаимодействия материи.
Встречное относительное движение тел, претендующих на общее пространство в точке взаимодействия, сначала преобразуется в общее для всех взаимодействующих тел напряжение-тесноту с мерой силой. А затем в соответствии с принципом боязни тесноты природа ликвидирует образовавшуюся тесноту, с помощью обратного преобразования напряжения в новое относительное движение, направленное в сторону пустоты. В этом и заключается принцип боязни тесноты и любви к пустоте.
В классической модели неуравновешенного движения ответное тело не рассматривается. При этом общее напряжение взаимодействия, одинакового принадлежащее всем взаимодействующим телам, академически подменяется одной абстрактной силой, которая непрерывноприкладываетсяк телу по ходу его движения. В результате, возникает иллюзия, что сила, синхронно движется вместе с ускоряемым телом и является вектором, направленным на тело, который якобы и определяет направление его движения. Причём в современной физике эта иллюзия возведена в ранг официального академического понятия физической величины силы.
В реальной действительности прикладываются друг к другу вовсе не силы, а сами тела. При этом направление нового движения также определяют сами обменивающиеся движением тела. Академичеки это осуществляется через векторы скорости относительного движения ответных тел. А скалярное напряжение является всего лишь промежуточным звеном, которое одновременно передаёт движение всех взаимодействующих тел во всех заданных телами направлениях. Многолучевую звезду напряжения, образующуюся из векторов скорости встречных движений взаимодействующих тел, вряд ли можно назвать вектором. Даже минимальное количество её лучиков, равное двум, это явно не вектор.
Из этого следует, что сила и движение – это взаимоисключающие свойства материи. Преобразуясь в движение, сила исчезает ровно в той мере, в которой появляется новое движение и наоборот, исчезнувшее движение преобразуется в силу. При этом исчезнувшая сила естественно не может двигаться, а исчезнувшее движение не может создавать напряжение. Образно говоря, при взаимодействии тел, состоящих из множества элементарных масс, по всему пространству, занимаемому взаимодействующими телами последовательно перемещается волна точечных взаимодействий, что и создаёт иллюзию движения силы подобно эффекту «бегущие огни».
Однако при этом огонь-сила никуда не движется. Он лишь последовательно во времени «зажигается» в одних и тех же стационарных точках пространства, через которые в текущий момент времени проходит волна взаимодействий. При этом одновременное существование во взаимодействии таких взаимоисключающих понятий, как напряжение и движение, объясняется ещё не подвергшимися взаимному преобразованию и уже преобразованными напряжением и движением.
Конечно же, приведённое объяснение скорее больше философское, чем строго математическое. Однако у физики, кроме математики всегда есть и своя философия, которая важнее любой математики, т.к. вся математика основана на элементарных физических понятиях, которые и есть философия природы. При этом материя и пространство – это базовые философские понятия физики, которое не имеют исчерпывающих объяснений именно потому, что они для нас пока элементарные.
Элементарные понятия не имеют объяснений в принципе, т.к. для этого требуются ещё более элементарные понятия, чем они сами, которых у нас пока нет. Но тогда мы должны принять как объективную реальность, что наряду с бесспорным для нас сегодня элементарным свойством материи – движением существует ещё и такие элементарные свойства материи, как напряжение-теснота и преобразование напряжение-движение, т.е. взаимодействие.
Совершенно очевидно, что мера взаимодействия пропорциональна двум другим её свойствам, которые участвуют в преобразовании напряжение-движение, т.е. силе и импульсу. Очевидно также, что процесс преобразования напряжение-движение не может происходить мгновенно, а растягивается во времени, в соответствии с эффектом инерции. При этом мера взаимодействия естественно пропорциональна ещё и времени. Осталось лишь выяснить механизм явления инерции, в котором все эти физические величины были бы связаны во едино.
По мере расхода напряжения при его превращении в движение во время разгона градиент преобразования напряжение-движение уменьшается, что замедляет процесс разгона. Это создаёт эффект инерционного противодействия движению извне. По этой же причине снижается эффективность и процесса торможения. По мере расхода подпирающего движения тормозящего тела снижается тормозящий перепад напряжение-движение, что замедляет процесс торможения. Это создаёт эффект поддержки движения извне.
Таким образом, формируется отрицательная обратная связь, которая растягивает процесс во времени с коэффициентом регулирования, равным конечному, не нулевому ускорению, что и есть инерция.
Однако никакого реального противодействия движению извне при разгоне и поддержки движения извне при торможении, в реальной действительности не происходит. Это всего лишь без затратное регулирование процесса взаимодействия замкнутой системы во времени без изменения его общей энергии, в отличие от реальных затрат энергии на дополнительные взаимодействия по внешнему противодействию и внешней поддержке движения.
Приведённый физический механизм явления инерции это и есть процесс взаимодействия, в котором за счёт отрицательной обратной связи перепад напряжение-движение никогда не остаётся постоянным, а изменяется обратно пропорционально движению при разгоне и прямо пропорционально движению при торможении. Синхронно же с постоянной силой к ускоряемому телу может прикладываться только опорное тело с бесконечной массой, как это происходит в классической модели неуравновешенного движения. Однако это исключает естественную инерцию. В этом случае она задаётся искусственно через заданную силу ускоряемого тела, что не соответствует физическому смыслу явления инерции.
Из сказанного следует, что мера взаимодействия, т.е. преобразования напряжение-движение или инерции определяется материей-массой, свойствами материи напряжением-силой, движением-скоростью, а также длительностью-временем преобразования. Все эти физические величины совместно сочетаются только в одной физической величине – энергии, которая таким образом, и есть мера взаимодействия:
Е = N * t = F * V * t / 2 = m * V * a * t / 2 = m * V
/ 2 (1.2.0)
Где:
Множитель «1/2» приводит скорость V к средней скорости Vср. процесса преобразования напряжение-движение при изменении скорости от 0 до V.
N – мощность, равная N = Е / t = F * V * / 2 = F * Vср.
Здесь наша точка зрения в корне расходится с мнением Смирнова А. П., который в статье «Осознание знания – откровение XXI века» пишет, что мерой взаимодействия является не сила и не энергия, а мощность:
«В динамике И. Ньютона причиной изменения состояния является не сила, а действие, необходимое для свершения элементарного акта изменения состояния, которое оценивается произведением действующей силы F на скорость ее действия V, то есть мгновенной мощностью F * V. Ибо сила сама по себе ничего не может совершить, не будучи приложенной с определенной скоростью» (выделение наше – ААА).
Однако сила – это результат остановленного движения, которое образует скалярное напряжение взаимодействия. Следовательно, сила не прикладывается с определенной скоростью, как предлагает считать А. П. Смирнов. Прикладываются друг к другу движущиеся физические тела, которые до наступления взаимодействия не несут в себе никакой силы и никакого действия (работы). Поэтому скорость во взаимодействии принадлежит не силе, а движущейся массе.
А теперь уточним сами понятия меры взаимодействия энергии и работы, которые многие путают. Приведём выдержку из учебника физики для 7 класса Пёрышкина А. В.:
«Желая передвинуть шкаф, мы с силой на него надавливаем, но если он при этом в движение не приходит, то механической работы мы не совершаем. Можно представить себе случай, когда тело движется без участия сил (по инерции), в этом случае механическая работа также не совершается.»
Итак, механическая работа совершается, только когда на тело действует сила и оно движется. Если тело или несколько взаимодействующих между собой тел (система тел) МОГУТ совершить работу, то говорят, что они обладают энергией.
Энергия – физическая величина, показывающая, какую работу МОЖЕТ совершить тело (или несколько тел).»
Как видите, ключевые слова в определении энергии МОГУТ, МОЖЕТ. То есть термин «энергия» означает возможную или потенциальную работу, которая может совершиться при определённых обстоятельствах. А обстоятельства, при которых может совершиться работа – это изменение движения или напряжения. Это может быть, как изменение уже существующего движения, так и изменение движения с нуля, т.е. изменения напряжения из состояния покоя. Первое называют кинетической энергией, а второе – потенциальной энергией!
Таким образом, само по себе движение это ещё не работа. Это всего лишь (возможность, потенция) совершить работу, даже если эту потенцию назвать «кинетическая энергия (возможность, потенция)». Точно также и с напряжением, для которого возможность совершить работу названа «потенциальной энергией (возможностью, потенцией)». В результате имеем два противоречивых алогизма и каламбура в виде кинетической энергии, как кинетической возможности (потенции) совершить работу чистого движения и в виде потенциальной энергии, как
– потенциальной потенциальности;
– потенциальной возможности;
– возможной потенциальности
– возможной возможности
совершить работу чистого напряжения.
Несмотря на то, что словосочетание «кинетическая возможность работы» не является каламбуром, в отличие от «возможной возможности работы», как потенции напряжения, и ещё 3-х перечисленных выше подобных каламбуров для потенциальной энергии, оба термина физически некорректны!
Работа одинаково связана, как с движением-кинетикой, так и с напряжением-потенцией! Это единый общий процесс преобразования напряжение-движение, как из стадии чистого, т.е. равномерного и прямолинейного движения, так и из стадии неподвижного напряжения. Поэтому существующие сегодня в классической физике раздельные понятия кинетической и потенциальной энергии – это откровенная глупость. Работа одна и для движения, и для напряжения. При этом работа не гипотетически возможное действие, а самое, что ни на есть настоящее преобразование напряжение-движение и обратно.
У материи есть не только свойство движение, но ещё и свойство напряжение. При этом, преобразуясь друг в друга, движение и напряжение образуют третье свойство материи – взаимодействие (инерция). Соответственно мерой третьего свойства материи – взаимодействия является общая для этого преобразования работа или энергия, но без прилагательного возможная, т.е. в смысле и в качестве реальной работы. Именно этими теперь синонимами мы и будем называть далее процесс преобразования напряжение-движение, т.е. процесс взаимодействия или инерции, исправляя классические алогизмы.
Процесс преобразования напряжение-движение, являющийся следствием свойства материи боязни тесноты, подразумевает сохранение массы и энергии, т.к. чтобы восстановить прежнее состояние необходимо проделать такую же операцию, как и образование тесноты с той же самой массой и с тем же самым действием, но с обратным знаком. Физическая сущность свойства материи преобразование напряжение-движение, т.е. инерции отражена в законе Бернулли для несжимаемой жидкости в отсутствие трения (m * v
/ 2 + Р * V = const, v – скорость, V – объём), который также основан на законе сохранения массы и энергии.
Объём неизменного массового элемента в неразрывном потоке несжимаемой жидкости остаётся неизменным. Поэтому, когда поток жидкости встречает на своём пути сужение трубопровода, что эквивалентно столкновению тел, давление и соответственно сила напряжения перед сужением увеличивается. При этом увеличивается потенциальная энергия (Р * V). Далее потенциальная энергия в полном соответствии с принципом боязни тесноты реализуется в движение массового элемента жидкости внутри сужения, что сопровождается увеличением его кинетической энергии (m * v
/ 2) с одновременным уменьшением силы и соответственно давления на сужении. На выходе из сужения происходит обратный процесс.
Но это и есть не что иное, как физика преобразования напряжение-движение или инерция, которая создаёт эффект прямого противодействия изменению движения в отсутствие такого противодействия в реальной действительности. В природе нет затратной инерции в виде дополнительных взаимодействий сдерживания или поддержки движения. В природе есть без затратное регулирование процесса взаимодействия во времени за счёт отрицательной обратной связи без изменения общей энергии взаимодействия.
Таким образом, Бернулли, сам того не подозревая, фактически открыл закон взаимосвязи двух свойств материи – движения и напряжения, который представляет собой свойство материи: преобразование напряжение-движение или инерции. Причём, как это ни странно, об этом до сих пор не подозревает и вся современная физика, которая ошибочно связывает явление инерции с первым законом Ньютона, в котором какие-либо реальные силы, определяющие взаимодействие и соответственно явление инерции, отсутствуют. Никакой инерции в её традиционном понимании, как силовое удержание массы в своём текущем состоянии движения в первом законе Ньютона нет.
Термин «удержание» связан с понятием «действие». Но поскольку в отсутствие тесноты в свободном движении текущему состоянию движения массы ничто с помощью реальных сил не противится, то не может быть и никакого удержания этого состояния. В этом и состоит сущность бездействия первого закона Ньютона, что в точности соответствует дословному переводу термина «инерция», как «бездействие». Связывать первый закон Ньютона с действием инерции по силовому удержанию текущего состояния движения – это такая же глупость, как действие по удержанию бездействия или бездействие по удержанию действия.
Этот алогизм и каламбур ничем не отличается от алогизма и каламбура вокруг энергии, когда потенциальная энергия – это в дословном переводе возможная возможность совершить работу, а кинетическая – это возможность, связанная с движением, тогда как в работе одинаково проявляется, как превращение движения в напряжение, так и обратно. То есть работа это не только возможности движения, но и напряжения. (см. выше)!
А вот при нарушении безраздельной локализации материи в пространстве в точке пересечения траектории двух движений проявляется естественное свойство материи преобразование напряжение-движение, которое определяется вторым законом Ньютона. Это, конечно же, не соответствует дословному переводу термина инерция, как бездействие. Но это в точности соответствует, хотя и ошибочному, но традиционному пониманию инерции, как силового противодействия изменению состояния движения. В общем алогизм терминов, связанных с законами Ньютона ничуть не меньший, чем с энергией.
Ну, а фиктивные, т.е. бездействующие силы инерции обязаны своим существованием условно-академической классической модели неуравновешенного движения, в которой общее скалярное напряжение взаимодействия искусственно разделяется на два разнонаправленных вектора силы. И хотя каждый из них определяется вторым законом Ньютона, вектор, направленный против ускоряющегося тела приложен к ответному телу. Естественно, что для ускоряющегося тела этот вектор является фиктивной, т.е. бездействующей силой инерции, что в точности соответствует второму закону Ньютона, который в общем напряжении взаимодействия академически имитирует только свой действующий вектор для каждой стороны взаимодействия.
Тем не менее, общее скалярное напряжение взаимодействия одновременно превращается в движение масс сразу всех сторон взаимодействия. Это реально ограничивает энергию преобразования напряжение-движение для каждой ускоряемой массы, что сказывается на ускорении, т.е. на интенсивности процесса преобразования напряжение-движение для каждой массы. Кроме того, как показано выше, ускорение процесса преобразования напряжение-движение определяется его отрицательной обратной связью. Всё это в совокупности и создаёт иллюзию реального вектора силы, направленного против ускоренного движения и вектора силы, поддерживающего останавливаемое движение, что и есть инерция.
Таким образом, классических фиктивных сил инерции в природе действительно нет, но поскольку абсолютно все эффекты явления инерции обусловлены реальными законами взаимодействия, определяющимися третьим свойством материи преобразованием напряжение-движение или другими словами свойством инерции, то все силы Вселенной по своему физическому смыслу являются силами инерции. Но это не соответствует классическому смыслу сил инерции.
Все законы Ньютона тесно взаимосвязаны между собой, главным из которых на наш взгляд является второй закон Ньютона, т.к. именно он определяет все действия в природе, в которых и рождаются все силы во Вселенной. Из него легко получить, в том числе и закон взаимодействия в виде его меры – энергии. Для этого достаточно проинтегрировать силу по пути или умножить второй закон Ньютона на расстояние:
?F * dS = m * V
/ 2 = F * S = E
Первый закон Ньютона не является самостоятельным законом. Это всего лишь следствие из второго закона Ньютона в отсутствие силы (F = 0). При этом важность первого закона Ньютона, как определения для инерциальных систем, в которых якобы потом и работает второй закон Ньютона, мягко говоря, сильно преувеличена. Поскольку все ЗН тесно взаимосвязаны, то всё что соответствует одному из них, соответствует и другому. Поэтому определение ИСО через второй закон будет совершенно аналогичным определению этой же ИСО и через первый закон.
Сравните сами:
I закон.
Существуют системы отсчета, называемые инерциальными, в которых любое тело находится в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.
II закон.
Существуют системы отсчета, называемые инерциальными, в которых любое тело приобретает движение исключительно только за счёт приложенной к ней силы, а не за счёт свойств систем отсчета.
Совершенно очевидно, что ускорения, проявляющиеся в СО при (F = 0), вносят искажения и во второй закон Ньютона при (F ? 0). То есть, если приобретаемое телом движение соответствует второму закону Ньютона, то это ИСО, а если не соответствует – то не ИСО (НИСО). Если в отсутствие силы (F = 0) тело не приобретёт нового движения, т.е. будет находится в такой системе в покое, либо двигаться равномерно и прямолинейно, то это также ИСО, но уже в соответствии со следствием из второго ЗН в виде первого ЗН.
Таким образом, нет никакой принципиальной разницы через какой ЗН первый или второй определять ИСО. Кроме того, оценка по отсутствию чего-то всегда менее достоверная, чем по несоответствию присутствия чего-то. При этом, как видите, определение ИСО через второй закон более точное и лаконичное.
Третий закон Ньютона – это вообще самое большое недоразумение в современной классической механике. Его вообще следует упразднить и чем скорее, тем лучше для физики и физиков, а также для студентов и школьников, т.к. он вот уже почти три столетия вносит в физику смуту и путаницу, которую, к тому же, усугубил ещё и Даламбер.
Нет никаких разных по направлению и равных по величине, но при этом якобы принципиально разных физически сил действия и противодействия, о которых говорится в 3-ем законе Ньютона. Есть одна единственная общая для всех взаимодействующих тел сила взаимодействия. Образно её можно представить в виде одного единственного резинового мячика-силы между взаимодействующими телами, которая при помощи природных «манипуляторов» в виде молекул воздуха внутри мячика-силы, передают общую силу взаимодействия на все взаимодействующие тела.
В общем случае манипуляторы, передающую одну-единственную общую силу взаимодействия, можно обозначить n стрелочками вдоль симметрично расположенных n/2 линий с центром в точке ЦМ взаимодействия, где n – чётное натуральное число. Такую звёздочку вряд ли можно назвать вектором. А разные силы действия и противодействия есть только у математико-физиков, которые в силу своей преобладающей над физической составляющей математической специфики, ошибочно называют две противоположные стрелочки, фактически обозначающие два манипулятора, раздающих одну общую силу, двумя разными векторами силы.
Третий закон Ньютона записывается следующим образом.
F
1 = – F
2
При переносе (– F
2) в левую часть получаем:
F1
+ F2
= 0
Однако разные вектора, приложенные к разным телам, никак не могут в сумме давать ноль. Вектора равны только по модулю.
|F
1| = |– F
2|
Но и знак модуля не спасёт 3-ий ЗН, т.к. в нём речь идёт не только о модулях, но о разных телах, к которым в разных направлениях приложены разные силы.
Аналогичный абсурд наблюдается и в классическом выводе закона сохранения импульса (ЗСИ), который мошенническим путём получают из 3-го ЗН:
F1
= – F2
m1 * a1
= – m2 * a2
m1 * V1?
– m1 * V1
= – m2 * V2?
+ m2 * V2
m2 * V2
+ m1 * V1
= m2 * V2?
+ m1 * V1?
P1
+ P2
= P1?
+ P2?
А мошеннический этот вывод потому что 3-ий ЗН для отдельных тел системы, а ЗСИ уже для всей системы в целом. Правомерным этот вывод будет только если предварительно оговорить, что F1
蠖 F2
это не силы действия и противодействия, а два разнонаправленных воздействия одной внутренней силы на один объект – систему. Или если весь вывод провести в абсолютных величинах |F1
| и |– F2
|
А вот для 3-го ЗН устранение этой проблемы, как показано выше, не возможно в принципе. Можно конечно, как и в случае с ЗСИ, заменить классическое неравенство сил из 3-го ЗН на равенство их абсолютных величин. Но это не решит проблему, т.к. ни складывать, ни вычитать силы, приложенные к разным телам, недопустимофизически ни в каком их виде, в том числе и в виде модулей. Закона сохранения силы в природе нет. Есть одна общая сила взаимодействия в системе и ЗСИ системы. При этом мы просто превращаем 3-ий ЗН в ЗСИ, что опять же свидетельствует о фиктивности 3-го ЗН.
Никто не отрицает, что все силы во Вселенной рождаются только в составе системы тел. Но при этом никто не отменял и 2-ой ЗН, который применяется для отдельных тел вне системы. А значит и 3-ий ЗН, разделённый на две разные силы, подчиняющиеся 2-му ЗН, некорректно искусственно ассоциировать с системой. Сегодня никто уже точно не скажет, что имел в виду Ньютон в разделе «Закон III», в котором он смешал в одну кучу 2-ой и 3-ий законы, а также ЗСИ. Нам остаётся только догадываться, зачем Ньютон пытался совместить несовместимое. Тем не менее, это так (см. И. Ньютон, Математические начала натуральной философии, Закон III, стр. 41, под редакциепй Л.С.Полака, Москва, «Наука», 1989):
