MENU
Главная » Статьи » Физика и математика » Мои статьи

Механизм формирования вращательного движения.

 

Яндекс.Метрика

Механизм формирования  вращательного движения.

Для образования вращательного движения тело должно иметь инерцию прямолинейного движения. То есть необходимо разогнать покоящееся тело (В) до какой-то скорости  прямолинейного движения (Vп), которая в дальнейшем в процессе преобразования прямолинейного движения во вращательное движение приобретет значение линейной скорости вращения (Vл). Движущееся прямолинейно тело соединим связующим телом с центром вращения. Пусть центр вращения зафиксирован в пространстве, чтобы не смешивать при рассмотрении вращательного движения непосредственно вращение и прямолинейное движение. В противном случае тело получит смешанное сложное движения вместе с центром вращения.

Рис. 3.3.1

На Рис. 3.3.1 условно изображены пять фаз процесса изменения направления движения тела (В) во вращательном движении: начало цикла преобразования, середина цикла преобразования, окончание цикла преобразования и по одной промежуточной фазе в каждом полуцикле преобразования движения. Фазы обозначены  римскими цифрами (I,II,III,IV,V). Сплошной линией обозначены граничные круговые траектории с минимальным и максимальным растяжением связующего тела. Пунктирная линия обозначает среднюю круговую траекторию, которая и наблюдается в общей кинематике вращательного движения. Синие вектора это и есть средняя скорость вращательного движения, которая проявляется в общей кинематике вращательного движения.

В первой фазе происходит «захват» движущегося прямолинейно тела (В) со скоростью прямолинейного движения (Vп) связующим телом. В этот момент инерция движения тела максимальна, а сила реакции нерастянутого связующего тела минимальна. В фазах с первой по третью расстояния (А) и (С) увеличиваются (см. Рис. 3.3.1, 3.3.2), т.к. тело удаляется от центра будущего вращения. Поскольку тело имеет некоторую протяженность в направлении линейной скорости, то расстояния (А) и (С) от центра вращения до крайних точек тела расположенных на линии движения всегда разные (см. Рис. 3.3.2). Причем расстояние (С) всегда больше расстояния (А). Следовательно, передняя по ходу движения часть области сопряжения растягивается сильнее, чем задняя, что соответствует изгибу.

Таким образом, в связующем теле постепенно  накапливается упругая деформация двух видов. Это растянутая деформация, образующаяся за счет общего удлинения связующего тела и изгибная деформация, образующаяся за счет разницы расстояний (А) и (С).

Растянутая деформация распределяется линейно по всей длине связующего тела. Изгибная деформация накапливается в основном непосредственно в области сопряжения тела со связующим телом, т.е. сосредотачивается преимущественно в некотором ограниченном объеме. Границы деформации условно обозначены на рисунке 3.3.2 разным цветом. В левой части области деформации (синий цвет) накапливается «малое» растяжение, в то время как, в правой части (бирюзовый цвет) – растяжение большое. 

Рис. 3.3.2

Движение тела от центра вращения в радиальном направлении происходит в условиях нарастающего противодействия силы упругости, что приводит к общему замедлению линейного движения. Однако за счет увеличения угла изгиба (ψ) проекция линейной скорости на радиальное направление некоторое время увеличивается, что обеспечивает опережающий прирост силы инерции в радиальном направлении и соответственно ускоренное радиальное движение тела от центра вращения.

Последнее утверждение нуждается в дополнительных пояснениях, т.к. равномерное и прямолинейное движение, которое с точки зрения классической физики в некотором приближении осуществляется на начальном этапе образования вращательного движения, не может ассоциироваться с ускоренным перемещением ни в одном из направлений его проекций. Для пояснения нашей точки зрения необходимо вначале уточнить понятие силы.

Как известно, сила определяется произведением массы на ускорение. Причём массе в классической физике отводят роль некоего постоянного коэффициента при изменяющемся ускорении, т.к. неподвижная или движущаяся равномерно и прямолинейно масса не порождает никакой силы. В связи с этим одним из альтернативных взвешиванию методов измерения массы является определение массы через силу и ускорение. Однако поскольку сила является продуктом взаимодействия физических тел, то материальной основой силы является, прежде всего, все-таки материя, т.е. масса. Именно масса, т.е. вещество или материя является носителем свойства взаимодействия тел под названием преобразование напряжение-движение.

Сила характеризуется не только ускоренным линейным перемещением массы, но и статическим напряжением материальных тел, когда их масса в составе тел в целом остается неподвижной. С этой точки зрения силу можно академически охарактеризовать как изменение количества массы в замкнутой фиксированной области пространства. Математическое выражение для статической силы в таком академическом представлении ни чем принципиально не отличается от второго закона Ньютона:

F = m * a = m * V / t = V * m / t,

где V: скорость движения массы в направлении ограничения движения,

m / t: скорость прироста массы в ограниченной области взаимодействия, линейный размер которой изменяется со скоростью V.

Представленное преобразование второго закона Ньютона это не просто математическая абстракция. Это всего лишь вторая сторона медали под названием преобразование напряжение-движение. У этого свойства материи есть две стороны напряжение и движение. Поэтому оценка силы по изменению напряжения (m / t) нисколько не менее правомерна, чем оценка силы по изменению скорости  (аV = V / t). Соответственно правомерно ввести и величину, характеризующую изменения напряжения через массу (am = m / t ). Как говорится, кому как больше нравится.

Это так же соответствует и двум фазам взаимодействия. В результате нарушения локализации тел в пространстве при пересечении их траекторий, движение тел сначала преобразуется в статическое напряжение в области взаимодействия, а затем по мере расходования их внешнего (прежнего) движения это напряжение преобразуется в новое движение тел. Поэтому оценка силы (напряжения) через скорость изменения локализации массы в пространстве (m / t) не менее правомерна, чем через ускорение движения.

Итак! После захвата вращающегося тела связующим телом фактически осуществляется прирост массы в радиальном направлении, что эквивалентно появлению статического напряжения. Это напряжение и преобразуется в ускоренное радиальное движение, характеризующееся центробежным ускорением, т.к. масса прирастает с внешней стороны радиуса с большей скоростью, чем на меньших радиусах. Это приводит к растягиванию связующего тело в радиальном направлении на величину (∆R) (см. Рис. 3.3.3). 

 

Рис. 3.3.3

Более наглядно механизм перераспределения энергетических потоков при последовательной концентрации массы вращающегося тела во внешнем радиальном направлении можно пояснить, представив структуру вращающегося тела в виде совокупности элементарных масс, связанных между собой упругими связями. Таким образом, мы сможем наглядно проиллюстрировать механизм  поэлементной инерционной поддержки, который снимет все вопросы относительно реальности сил инерции в принципе и центробежной силы вращательного движения в частности. Ведь элементы тела взаимодействуют между собой вполне реально.

В точке (А) центробежная и центростремительная сила уравновешивают друг друга (см. Рис. 3.3.4). При этом какое-то время все элементы тела движутся по инерции. Первым теряет инерционное движение самый ближний к связующему телу элемент тела. Связующее тело тянет его к центру вращения, в то время как пять внешних элементов тела по инерции удаляются от центра во внешнюю сторону. При этом между первым и внешними элементами тела образуется общее центробежно-центростремительное напряжение. Внешняя стрелка этого напряжения и есть абстрактная классическая центробежная сила, а внутренняя его стрелка обозначает в классической физике абстрактную центростремительную силу.

Из этого следует, что центробежная сила между первым, уже присоединённым к связующему телу элементом тела и ещё не присоединёнными его элементами это вполне реальная обычная сила взаимодействия между реальными элементами тела. И приложена она уже не к связующему телу, а в первую очередь к уже присоединённому элементу самого тела. То есть эта внутренне-внешняя сила действует уже не только исключительно на связующее тело, как утверждает классическая физика, но и на само тело непосредственно.

Рис. 3.3.4

И хотя в первый момент времени обычная центробежная сила действует только на один единственный элемент тела из кошмарного количества миллионов его элементов, при дальнейшем последовательном присоединении к связующему телу новых элементов тела реальная центробежная сила последовательно охватывает всё вращающееся тело в целом. При этом вектор скорости инерционного движения ещё не присоединённых элементов тела последовательно уменьшается по абсолютной величине и поворачивается в сторону центра вращения. Соответственно вектор фактической окружной скорости уже присоединённого тела поворачивается навстречу вектору инерционного движения, не присоединённого тела, т.е. во внешнюю сторону от центра вращения.

В середине цикла механизма формирования равномерного вращательного движения в точке (В) оба вектора сливаются в один вектор скорости уже полностью присоединённого тела. В этот момент центростремительная сила полностью уравновешивает центробежную силу. При этом подобно точке (A) тело какое-то время вновь движется по инерции, а вектор его скорости направлен по касательной к окружности в точке (В). Естественно, что абсолютная величина вектора скорости тела в этот момент минимальная в цикле, т.к. часть запаса его первоначального движения, соответствующая точке (А), была израсходована на разворот вектора его скорости во внешнем радиальном направлении.

Таким образом, в результате последовательной концентрации массы вращающего тела во внешнем радиальном направлении, несмотря на уменьшающуюся при этом концентрацию массы в направлении ещё не присоединённых масс, последовательно осуществляется вполне реальное центробежное ускорение вращающегося тела вместе с присоединённым к нему связующим телом.

Как видно на рисунке, на начальном этапе угол между внешним радиальным направлением и линией центробежно-центростремительного напряжения некоторое время уменьшается. Это способствует концентрации массы во внешнем радиальном направлении, что не только компенсирует уменьшение первоначальной инерции движения тела и соответственно уменьшение влияния его уменьшающейся инерции на движение его уже присоединённых элементов во внешнем радиальном направлении, но и некоторое время обеспечивает рост центробежной силы и центробежного ускорения. Геометрически это выражается в увеличении проекции скорости движения тела на радиальное направление.

Из рисунка следует, что в общее вращение вектора фактической окружной скорости тела осуществляется в сторону центра вращения. На этом основании классическая физика утверждает, что поворот вектора линейной скорости происходит с центростремительным ускорением. Однако это не так. На рисунке так же видно, что относительно исходной окружности, проходящей через точку (А) вектор фактической скорости отклоняется во внешнюю сторону от центра вращения и лишь в точке (В) он вновь направлен по касательной, но уже к внешней окружности. Следовательно, как это ни странно для классической физики, в первом полуцикле механизма формирования вращательного движения поворот вектора скорости осуществляется с центробежным ускорением в противоположную от центра сторону. И в этом нет никаких парадоксов.

Из механизма инерции поэлементной поддержки следует, что физически центробежное ускорение и соответственно поворот тела последовательно осуществляется, начиная с ближайшего к связующему телу участка вращающегося тела, т.е. фактически с тупого конца вектора линейной скорости. При этом вектор линейной скорости, хотя и вращается по часовой стрелке, однако центром поворота вектора является его стрелка, а момент центробежной силы инерции поэлементной поддержки приложен к его тупому концу. Поэтому в первом полуцикле равномерного вращательного движения поворот тела осуществляется исключительно за счёт центробежного ускорения, но вращаяется при этом тупой конец вектора скорости, хотя и по часовой стрелке, но за счёт центробежного ускорения. То есть разностный вектор в этом случае направлен во внешнюю от центра вращения сторону. Более подробно это разъяснено в главе 3.2 (см. гл. 3.2, Рис. 3.2.4, отдельный фрагмент зелёного цвета).

Поскольку во втором полуцикле центростремительная сила, направленная вдоль линии общего, теперь уже центростремительно-центробежного напряжения, действует в попутном направлении с инерционным движением тела, то фактическая окружная скорость при этом растёт. А так же растёт и центробежная сила, которая и останавливает этот центростремительный поворот в конце цикла вращательного движения в точке (А), которая одновременно является точкой начала нового цикла. Далее всё повторяется с начала, что и определяет циклический механизм формирования равномерного вращательного движения.

Ну, а в самой этой внутренне-внешней центробежно-центростремительной силе в принципе нет ничего удивительного:

 

Во-первых, как мы уже говорили в любом взаимодействии нет ни обычных сил, ни фиктивных сил инерции (гл. 1.2.1). Есть только общее скалярное напряжение взаимодействия. При этом его классическое разделение на обычные силы и фиктивные силы инерции это всего лишь академическая и, мягко скажем, не совсем удачная условность (абстракция).

А, во-вторых, во вращательном движении нет чёткой границы между связующим телом и вращающимся телом. Она фактически как раз и определяется постоянно изменяющимися границами текущего взаимодействия элементов вращающегося тела и связующего тела в процессе осуществления физического механизма равномерного вращательного движения. При этом все силы в равномерном вращательном движении на всём его радиусе являются внутренне-внешними, как для связующего тела, так и для вращающегося тела. Внешними они являются только по отношению к отдельным элементам радиуса. А внутренними они являются по той простой причине, что они рождаются внутри замкнутой системы вращательного движения.

 

Ну, а если всё-таки условно разделить связующее и вращающееся тела, например, считая связующее тело невесомой упругой связкой, то поскольку вновь присоединяемые к связующему телу элементы вращающегося тела воздействуют на связующее тело через уже присоединённые элементы самого вращающегося тела, то центробежная сила приложена, прежде всего, к самому вращающемуся телу. Из этой цепочки выпадает только последний присоединяемый элемент вращающегося тела, к которому уже не может быть приложена центробежная сила поэлементной поддержки, в виду отсутствия за ним других внешних элементов тела. Однако никаких парадоксов и противоречий в этом нет.

В этот момент центробежная сила не приложена не только к последнему элементу тела и телу в целом, но и к связующему телу. Она просто сменяется центростремительной силой, которая с этого момента начинает преобладать над центробежной силой, что обращает весь процесс в сторону центра вращения. Теперь под действием силы упругости все элементы тела аналогично описанному выше процессу последовательно перестраиваются в направлении нового тангенциального движения к окружности, проходящей через конечную точку цикла формирования равномерного вращательного движения.

При этом тело частично восстанавливает исходную скорость по абсолютной величине, которая, тем не менее, меньше скорости первоначального прямолинейного движения до захвата тела, т.к. часть напряжения, возникающего при захвате тела, остаётся неразряженным и сохраняется в остаточной деформации растянутого связующего тела. Остаточное напряжение сохраняется по то простой причине, что за время полного цикла движения по траектории, максимально приближенной к круговой, оно просто не успевает разрядиться. Это есть элемент механизма формирования вращательного движения. В противном случае круговой траектории не получится (см. ниже –добротность вращения). Однако принципиально это не меняет описанный выше механизм формирования вращательного движения. Просто в установившемся вращении его циклы повторяются на более высоком энергетическом уровне, т.е. с большей частотой и меньшей амплитудой, чем на начальном этапе его образования при первичном захвате тела.

Сторонники классической физики утверждают, что как только мы присоединили очередной элемент тела к связующему телу, его следует рассматривать как элемент связующего тела. Поэтому с точки зрения классической физики центробежная сила действует не на вращающееся тело, как показано выше (Рис. 3.3.4), а на связующее тело. Однако это уже не физика, а довольно некорректная попытка современной физики, отрицающей реальность сил инерции, сохранить лицо с помощью искусственных абстрактных установок, не имеющих никакого отношения к реальной действительности. Ведь с такими же основаниями этому утверждению можно придать и обратную направленность.

Центробежная сила, зарождающаяся внутри вращающегося тела, приложена не к связующему телу, которое является только промежуточным звеном взаимодействия, а к уравновешенному центру вращения. Поэтому гораздо правильнее рассматривать каждый элемент связующего тела, как самостоятельное вращающееся тело, но не наоборот. Тогда вся совокупность всех элементов связующего тела и присоединяемых к нему элементов вращающегося тела представляет собой единое вращающееся тело, а роль связующего тела выполняют его внутренние упругие связи. В противном случае по логике классической физики каждый присоединяемый к центру вращения элемент следует считать даже не связующим телом, а центром вращения без всякого связующего и вращающегося тела, что вообще является абсурдом.

Есть множество реально наблюдаемых фактов, подтверждающих реальное действие центробежной силы и проявление центробежного ускорения. Например, вращение в вертикальной плоскости ведра с водой, которая не выливается при прохождении верхней вертикальной точки круговой траектории, несмотря на то, что с классической точки зрения центробежная сила инерции для вращающегося тела (воды) является фиктивной.

С точки зрения классической модели вращательного движения этот факт не поддается непротиворечивому объяснению, т.к. фиктивная, т.е. не существующая сила не может противостоять вполне реальной силе тяготения, действующей, в том числе и на воду, а не только на связующее ведро. Причём противостоять  именно на уровне вращающегося тела - воды, а не на уровне связующего тела - руки вращающей ведро, да и самого ведра, на которое с точки зрения классической физики только и может реально действовать центробежная сила.

Классическая физика решает этот вопрос формально, т.е. абстрактно - математически. Якобы каждый массовый элемент воды, точно также как и само ведро,  при присоединении к связующему телу с классической точки зрения становится элементом связующего тела. При этом получается, что в верхней точке круговой траектории центробежная сила удерживает воду в ведре от выливания уже не как вращающееся тело-воду, а как элементы связующего тела.

Однако в этом случае из вращающейся системы по сути дела изымается само вращающееся тело, которое в классической физике фактически превращается в связующее тело. Кроме того, жидкая вода в ведре по понятным причинам просто физически не может связывать сама себя и вообще что-либо с центром вращения и поэтому просто физически не может быть связующим телом!

Причем если вода превращается в связующее тело, то в отсутствие вращающегося тела, которое при этом перестаёт существовать, не может быть и центростремительного ускорения, поскольку ему просто нечего ускорять. Ведь центростремительное ускорение приложено именно к вращающемуся телу, в том числе и в классической модели вращательного движения. А раз нет вращающегося тела, которое превратилось в связующее тело, то нет и связующего тела, т.к. ему нечего связывать! Но это означает, что отсутствует и само вращательное движение!

Еще более наглядно несостоятельность классической модели вращательного движения  проявляется в небесной механике, в которой с точки зрения классической физики, не признающей мировую материальную среду - эфир, связующее тело как бы и вовсе отсутствует в материальном мире. Поэтому вращающееся небесное тело при присоединении к связующему телу должно попросту исчезнуть из материального мира, превратившись в нематериальное связующее тело из несуществующего эфира!

Даже если современная физика готова признать материальность носителей поля тяготения, то вращающееся небесное тело с точки зрения классической физики, как минимум должно превратиться в невидимую полевую структуру, что в любом случае исключает его из категории физических тел в их привычном понимании.

Из сказанного следует, что на этапе накопления деформации в фазах с первой по третью во вращающейся системе проявляется вполне реальное центробежное ускорение, обеспечиваемое за счет инерции первоначального прямолинейного движения тела, в том числе и по отношению к самому телу (Рис. 3.3.1; 3.3.2). Однако по мере  роста силы упругости скорость нарастания деформации снижается. Кроме того, удаление тела от центра вращения и увеличение угла (ψ) приводит к уменьшению скорости прироста разницы расстояний (А) и (С), что кроме общего замедления линейного движения тела приводит к уменьшению изгибающего момента.

В фазе III процесс накопления деформации заканчивается. При этом угол (ψ) и радиальная составляющая линейной скорости перестают увеличиваться. Сила упругости достигает своего максимального значения при минимальной силе инерции линейного движения тела.

На фоне уменьшения изгибающего момента и концентрации массы в радиальном направлении резко возрастает разгибающий момент, который запускает общую разрядку деформации. На рисунке 3.3.4 максимальный разгибающий момент обозначен в виде разной абсолютной величины векторов линейной скорости (Vл6).

Под действием силы упругости начинается обратный процесс, обеспечивающий ускоренное движение тела, как в тангенциальном направлении, так и в радиальном направлении к центру вращения, что приводит к проявлению центростремительного ускорения и частичному восстановлению скорости линейного движения тела.

В пятой фазе сила инерции вновь приобретает максимальное значение, в то время как сила упругости вновь становиться минимальной. На этом полный цикл преобразования движения по направлению в соответствии с равномерным вращательным движением заканчивается, после чего весь процесс повторяется уже в новой точке окружности.

Таким образом, центробежная и центростремительная сила, вызывающие соответствующие ускорения, это радиальные составляющие результирующей или суммарной линейной силы, являющейся геометрической суммой силы инерции и силы упругости, проявляющихся в период накопления и в период разрядки деформации соответственно.

Как мы уже отмечали, механизм работы сил упругости при вращении аналогичен механизму отражения движущегося прямолинейно тела от отражающей поверхности с учетом особенностей вращательного движения.

В период накопления деформации с увеличением угла (ψ) радиальная составляющая скорости движения тела увеличивается, т.к. увеличивается проекция скорости движения тела на геометрический радиус переносного вращения. Происходит, как мы уже отмечали, опережающий рост инерции движения тела в радиальном направлении.

С увеличением изгиба одновременно возрастает центробежная сила, создающая вращающий момент, плечом которого является перпендикуляр, опущенный из центра изгиба на линию действия центробежной силы. При этом плечо действия центробежной силы также увеличивается, а, следовательно, возрастает и вращающий разгибающий момент центробежной силы.

Таким образом, увеличивающаяся с ростом угла (ψ) инерция радиального движения начинает препятствовать росту изгибной деформации. К тому же с увеличением угла (ψ) снижается рост изгибающего момента, т.к. уменьшается прирост разности расстояний (А) и (С).

Возрастающий разгибающий момент силы упругости сначала сравнивается по величине с уменьшающимся изгибающим моментом силы инерции, а затем начинает превышать его, что запускает процесс разрядки изгибной деформации.

Разрядка изгибной деформации начинается в середине III фазы и является своего рода «спусковым крючком» для общей разрядки деформации. В период разрядки деформации с уменьшением угла (ψ) начинается движение  тела центру вращения. При этом его линейная скорость за счет силы упругости связующего тела увеличивается.

Накопление упругой деформации происходит на разных направлениях в соответствии с разным угловым положением и изгибом связующего тела. Соответственно высвобождение силы упругости накопленной деформации, спровоцированное разгибающим моментом, происходит в обратной последовательности.

Таким образом, структура накопленной деформации обеспечивает эффект «веера отражений», т.е. каждое «отражение» осуществляется в новом направлении, все более приближающемся к касательной некоторой промежуточной окружности с радиусом, лежащим в диапазоне удлинения связующего тела от (Lн) до (Rmax) (см. Рис. 3.3.6).

В конце цикла разрядки деформации в фазе V угол (ψ) вновь становится равным нулю, как и в первой фазе в начале цикла накопления деформации. При этом линейная скорость тела направлена по касательной к некоторой окружности, радиус которой больше длины связующего тела в момент захвата вращающегося тела, и как мы уже отмечали, лежит в диапазоне  от (Lн) до (Rmax).

Далее тело вновь начинает удаляться от центра вращения с частично восстановленной скоростью линейного движения, но несколько меньшей скорости (Vп). В результате начинается новый цикл преобразования движения по направлению, но уже на новом энергетическом уровне, т.к. он начинается при длине связующего тела несколько большей начальной длины (Lн) и меньшей начальной скорости V.

Образование установившегося вращательного движения во многом определяется жесткостью связующего тела.  Если жесткость связующего тела недостаточна, то при радиальном удалении тела от центра вращения преобладает растянутая деформация связующего тела. В этом случае поворот движения в сторону центра вращения происходит только после того как значительная часть инерции первоначального прямолинейного движения оказывается скомпенсированной в виде радиальной составляющей движения за счёт силы упругости растянутой деформации. При этом большая часть инерции движения тела переходит в потенциальную энергию растянутой деформации.

Рис. 3.3.6

Соответственно линейная скорость движения тела в тангенциальном направлении после его поворота в сторону центра вращения уменьшатся до величины, недостаточной для удержания тела за счет центробежной силы на круговой траектории с достигнутым после разрядки изгибной деформации радиусом. В этом случае под действием силы упругости растянутой деформации, вобравшей в себя большую часть кинетической энергии движения тела, начнется его движение к центру вращения по криволинейной траектории  значительно отличающейся от круговой.

При определенной линейной скорости и коэффициенте упругости связующего тела, оно может вообще не приобрести необходимую для образования изгибной деформации жесткость (напряжённость). В этом случае на некотором удлинении связующего тела инерция движения окажется полностью скомпенсированной. Вся кинетическая энергия тела перейдет в потенциальную энергию растянутой деформации, а тело полностью остановится в точке соответствующего удлинения связующего тела.

При этом с началом разрядки деформации начнется обратное движение тела в сторону центра вращения по траектории, близкой к прямолинейной траектории и по направлению близкому к радиальному направлению. Вместо движения по окружности начнутся беспорядочные колебания тела относительно неподвижного центра по непредсказуемой ломаной траектории.

Таким образом, равномерное движение по окружности может осуществляться только при достаточной жесткости (напряжённости) связующего тела, которая  за счет изгибной деформации обеспечивает поворот тела в сторону центра вращения с минимальными потерями кинетической энергии линейного движения. При этом напряжённость связующего тела определяется его механическими свойствами и растягивающей центробежной силой инерции, обеспечивающей необходимое напряженно деформированное состояние связующего тела.

На начальном этапе образования вращательного движения (см. Рис. 3.3.6) связующее тело удлиняется от недеформированного состояния с начальной длиной (Lн) до максимального удлинения (Lmax), соответствующего максимальной деформации связующего тела. В напряженно деформированном состоянии связующее тело приобретает дополнительную жесткость (напряжённость). Поэтому каждый последующий поворот тела в сторону центра вращения происходит с меньшими потерями тангенциальной скорости и соответственно на меньшем удлинении радиуса.

Так будет происходить до тех пор, пока не установится оптимальное сочетание диапазона изменения напряжённости связующего тела и диапазона изменения его линейной скорости. После достижения оптимального сочетания этих параметров тело начнет двигаться  вокруг центра вращения с постоянным средним радиусом и постоянной средней линейной скоростью (Vл).

В установившемся вращательном движении минимальное и максимальное удлинение связующего тела приобретают некоторые постоянные значения (Rmin) и (Rmax) соответственно. При этом минимальный радиус установившегося вращательного движения (Rmin) определяется некоторой постоянной составляющей остаточной деформации связующего тела, которая обеспечивает ему необходимую напряжённость для осуществления вращательного движения с соответствующими параметрами.

Таким образом, часть кинетической энергии движения тела с первоначальной скоростью (Vп) переходит в потенциальную энергию остаточной деформации связующего тела, обеспечивая ему оптимальную  напряжённость. Поэтому первоначально накопленная деформация связующего тела разряжается не полностью, а средняя линейная скорость вращательного движения всегда меньше первоначальной скорости прямолинейного движения (Vп).

На рисунке  (3.3.6) упрощенно показаны только три фазы установления радиуса вращательного движения  (Lmax, R1 и R2), после которых сразу же показано установившееся вращательное движение со средним радиусом  (Rср). В реальной действительности переходной процесс может содержать значительно большее количество промежуточных переходных циклов, однако в смешанном масштабе их достаточно сложно изобразить графически. Поэтому  на рисунке (3.3.6) изображена только принципиальная схема начального этапа установления вращательного движения, а его установившаяся кинематика на микроуровне показана условно.

В более полном объёме, хотя опять же условно из-за трудностей совмещения масштабов, установившееся вращение принципиально показано на рисунке (3.3.7), на котором видно, что в процессе осуществления вращательного движения тело совершает колебательные движения в радиальном направлении относительно некоторой усредненной окружности (красный цвет), которая и определяет общую кинематику вращательного движения. Естественно, что при этом будет изменяться и величина линейной скорости в двух противоположных тангенциальных направлениях.

Рис. 3.3.7

Таким образом, реальная траектория вращательного движения представляет собой сложную кривую, пересекающую некоторую усредненную окружность со средним радиусом (Rср). При этом вращательное движение представляет собой колебательное движение, в котором вращающееся тело совершает колебания, как в тангенциальном, так и в радиальном направлении, а величина линейной скорости изменяется по гармоническому закону. Причем на начальном этапе образования вращательного движения размах колебаний может достигать достаточно большой величины, которая может обнаруживаться даже на макроуровне.

Многие сторонники классической модели вращательного движения выдают этот начальный процесс за полный и исчерпывающий механизм образования вращательного движения. Причем колебания на начальном этапе образования вращательного движения считаются в классической физике побочными. Однако с установлением равномерного вращательного движения колебания никуда не исчезают, т.к. физические принципы преобразования движения по направлению не зависят от масштаба пространственного перемещения материи.

После установления равномерного вращения амплитуда колебаний уменьшается, а их частота увеличивается.  Поэтому на макроуровне колебательный процесс преобразования движения по направлению не обнаруживается, а все параметры равномерного вращательного движения имеют некоторые усредненные значения.

Поскольку среднее значение линейной скорости и радиуса установившегося вращения имеют постоянную величину, то среднее ускорение вращательного движения на макроуровне в соответствии с его общей кинематикой должно быть равно нулю не только в тангенциальном, но и в радиальном направлении. 

***

В отношении механизма образования вращательного движения наша точка зрения в некоторой мере пересекается с точкой зрения, представленной в «Элементарном учебнике физики» под редакцией академика Г. С. Ландсберга на странице 227, параграфа 117 «Возникновение силы, действующей на тело, движущееся по окружности» (М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004). Мы приводим фотокопию страницы 227 из этой работы.

Ландсберг строго придерживается классической математической модели, в соответствии с которой сила инерции является фиктивной силой, хотя, казалось бы, пытается дать именно физическое причинно-следственное объяснение механизма образования вращательного движения. Однако без признания реальности сил инерции, а также динамического равновесия центростремительной силы упругости и центробежной силы инерции во вращательном движении это сделать практически невозможно, поэтому его объяснение выглядит довольно абсурдным.

Из объяснений Ландсберга следует, что растяжение нити увеличивается только за счёт того, что грузик удаляется от центра вращения, не называя никаких сил, вызывающих это растяжение. При этом он не называет даже фиктивную центробежную силу, которая по классической же теории неуравновешенного движения является вполне реальной обычной силой для нити. Именно центробежная сила инерции и должна растягивать нить на вполне законных основаниях. Следовательно, его нить растягивается практически «по щучьему велению». При этом по Ландсбергу выходит, что грузик только сопровождает растягивающуюся по щучьему велению нить, в качестве почётного эскорта.

Мы готовы предположить, что Ландсберг просто не счёл нужным говорить об очевидном. Это знает сегодня каждый школьник. Однако далеко не всё так очевидно и так просто, как кажется на первый взгляд. Нить, на которую действует перевоплотившаяся в обычную силу фиктивная центробежная сила инерции груза, механически соединена с самим грузом. Фактически это единое тело, ведь вместо нити вполне может быть толстый стальной стержень, накрепко приваренный к стальному грузу. Они в принципе могут быть даже отлиты из одного и того же металла, как единое целое тело. Для вращательного движения это принципиально ничего не меняет. А вот для Ландсберга и всей классической физики в его лице это бомба.

Каким образом реальные силы, которые растягивают нить, реально преодолевая её силу упругости, перестают вдруг действовать на груз? Как они узнают, где кончается нить и начинается груз, если они представляют собой единое тело? Кто даёт им сигнал, в каком месте этого единого тела им пора превращаться в фиктивные силы инерции и в каком его месте они должны оставаться обычными силами?

В отсутствие грузика не было бы и реальных сил, удлиняющих нить, ведь даже классическая физика признаёт, что силы, растягивающие нить, действуют на неё именно со стороны грузика, несмотря на то, что Ландсберг об этом скромно умолчал. А поскольку кроме грузика в любой точке пространства, где проявляются эти силы, никаких других физических тел нет, то совершенно очевидно, что грузик является источником и соответственно носителем этих сил до поры до времени, пока источник не передаст их приёмнику. Но как вообще можно производить и носить в себе силы, несуществующие для самого производителя и носителя этих сил?!

Даже если такие странные и удивительные силы всё-таки существуют и даже действуют на одну из неотъемлемых частей тела под названием связующий стержень, то они должны действовать и на все его остальные части под названием грузик и другие. Ведь эти части тела ничем принципиально не отличаются от других его частей! Иначе следует считать, что классическая физика преподаёт нам не законы физики, а мистические законы колдовства!

Этот парадокс можно разрешить только с учётом реальных сил инерции в виде механизма поэлементной поддержки (см. гл. 1.2; 3.2).

***

Сходную с Ландсбергом точку зрения на образование вращения представляет С. Э. Хайкин («ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ», издание второе, исправленное и дополненное, издательство «НАУКА» главная редакция физико-математической литературы МОСКВА 1971):

В отличие от Ландсберга Хайкин в ссылке 1) прямо признает, что вначале скорость будет изменяться не только по направлению, но и по величине. Но, как известно, дыма без огня не бывает. Следовательно, Хайкин фактически признает механизм образования вращения, хотя бы на его начальном этапе. Однако если уж при образовании вращения этот механизм все-таки существует, то будучи однажды запущенным, он может быть прекращен только с прекращением вращения, т.к. принцип преобразования движения по направлению, а так же принцип взаимодействия тел, на котором основан механизм вращения, и на начальном этапе образования вращательного движения, и после его установления остается неизменным.

После установления достаточной напряжённости связующего тела изменяется только геометрический масштаб механизма преобразования движения по направлению и соответственно его количественные параметры, но его физическая сущность при этом остается неизменной. Скорость не может изменяться только по направлению, как не могут с установлением вращения изменяться и физические законы, по которым осуществляется взаимодействие тел. По крайней мере, хотя бы Хайкин это понимает, хотя его понимание  видимо все же неполное или же он просто недостаточно последователен.

Хайкин предлагает пренебречь колебаниями абсолютной величины скорости в виду их малости, а сами колебательные явления считает побочными. Ссылка 1): «Но если пружина достаточно жесткая и растяжение ее мало, то этим можно пренебречь и принимать во внимание только изменение направления скорости». Ссылка 2): «Мы опять пренебрегаем побочными колебательными явлениями, которые могут возникнуть и в этом случае». Однако эти колебательные явления во вращательном движении не могут быть побочными, т.к. это и есть элементы механизма формирования и осуществления вращательного движения.

 В классической физике, в том числе и у Хайкина механизм вращательного движения осуществляется фактически по волшебству. С точки зрения классической физики есть некая центростремительная сила и некое центростремительное ускорение, при достижении которых любая траектория автоматически «превращается» в окружность. Вслед за Ландсбергом Хайкин пишет: «…Растяжение пружины прекратится, когда она будет сообщать телу ускорение, необходимое для того, чтобы траектория превратилась в окружность…» (см. фотокопию выше).

Однако никакое центростремительное ускорение никогда не «превратит» траекторию в окружность, т.к. даже вращающееся линейное ускорение никогда не превратит сам прямолинейный вектор линейной скорости в криволинейный вектор, который, сколько его ни поворачивай к центру, оставаясь на касательной, всегда будет вновь и вновь удаляться от центра. Как говорится, сколько волка ни корми, он всё равно в лес смотрит. При этом всё придётся начинать сначала. А это и есть те самые «побочные» колебания, без которых вращательное движение просто не может состояться.

Даже если гипотетически предположить, что после соответствующего растяжения пружины прямолинейный вектор линейной скорости все-таки «превратится» в криволинейный вектор, изменив свою форму и приняв нужную кривизну нужной окружности, то тогда надобность в центростремительном ускорении вообще отпадет. Достаточно один раз изначально изменить форму вектора линейной скорости и тем самым обеспечить автоматическое движение по окружности в отсутствии, каких бы то ни было сил.

В общей кинематике вращательного движения действительно нет никаких сил и ускорений. Однако, во-первых, классическая физика так не считает. А, во-вторых, вектор линейной скорости естественно не превращается в криволинейный вектор с нужным радиусом кривизны, т.к. криволинейных скоростей в физике не существует. Но в таком случае равномерное вращательное движение с прямыми векторами сил и скоростей может быть обеспечено только за счёт автоколебательного процесса, даже если после полного установления движения он переходит на микроуровень.   

Иными словами схема, представленная Хайкиным на Рис. 80 для иллюстрации механизма образования центростремительного ускорения, принципиально будет повторяться в каждой последующей точке окружности с единственным дополнением. После каждого поворота вектора линейной скорости в точке (В) к центру вращения пружина будет сокращаться. Следовательно, в реальном механизме преобразования движения по направлению существует ещё зеркальная относительно оси (ОВ) часть схемы, представленной Хайкиным.

При этом в зеркально симметричном отображении классической схемы относительно оси, проходящей через радиус максимального удлинения, основное возражение классической физики против существования центробежного ускорения с математической точки зрения можно с не меньшими основаниями обратить и против существования центростремительного ускорения, т.к. после первого рывка (отражения) в точке (В) груз вполне может двигаться дальше к центру по инерции.

В отличие от Ландсберга, который вообще умолчал о центробежной силе инерции, Хайкин предлагает рассматривать её, как силу упругости растянутого вращающегося тела (см. фотокопию оригинала). Но тогда она неизбежно должна проявляться и внутри самого вращающегося тела, т.е. действовать и на само тело, кроме его последнего элемента, а не только на связующее тело на границе его сопряжения с вращающимся телом. Тем более, что такой границы физически не существует. Это вовсе не узелок, которым грузик привязан к пружине.

Нам остаётся только добавить, что в соответствии с механизмом инерции поэлементной поддержки, возникновение сил упругости внутри вращающегося тела, эквивалентных силам инерции, возможно только за счёт врождённого свойства материи преобразование напряжение-движение (см. гл. 1.2; 3.2). И ещё. Центростремительное ускорение является понятием академическим.

Это не физическое ускорение, в каком бы то ни было направлении. Это обобщенная академическая величина, равная среднему значению абсолютных величин всех мгновенных линейных ускорений, проявляющихся вдоль вектора линейной скорости в каждом элементарном цикле преобразования движения по направлению.

Законченным элементарным циклом преобразования движения по направлению следует считать физический процесс преобразования движения по направлению, после завершения которого, абсолютная величина вектора линейной скорости остается неизменной. 

Подробнее см. А. А. Астахов "Физика движения", глава 3.3 

Категория: Мои статьи | Добавил: aaa2158 (12.11.2015)
Просмотров: 437 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar