MENU
Главная » Статьи » Физика и математика » Мои статьи

Мера движения

Яндекс.Метрика

Мера движения.

Спор о том, каким из понятий импульсом или энергией определять количество движения длится между физиками с середины 19-го столетия. Однако, как считается, решил его философ Фридрих Энгельс, который в работе «Диалектика природы” в разделе “Мера движения - работа” показал, что обе меры движения справедливы: «…Таким образом, mv оказывается здесь мерой просто перенесенного, т.е. продолжающегося движения, а mv2 / 2 оказывается мерой исчезнувшего механического движения» [с. 73].

Однако по нашему мнению, это не решение вопроса. Продолжающееся движение, конечно, имеет импульс (m * v), а исчезнувшее или новое возникшее движение, безусловно, исчезло или возникло не без помощи энергии-работы, равной (Е = m * V2 / 2). Однако процесс остановки или возникновения движения и само остановленное или возникшее и продолжающееся движение это вовсе не одно и то же:

 

Во-первых, свойство материи преобразование напряжение-движение или инерция (см. гл. 1.2.1, гл. 11), которое и характеризуется энергией, обеспечивает взаимоисключающее преобразование (превращение) напряжения в движение или движения в напряжение. Поэтому в процессе преобразования напряжение-движение всегда образуется что-либо одно, либо только движение, либо только напряжение. После полной остановки движения остаётся только напряжение, которое измеряется силой, но никак не энергией. А после полного преобразования напряжения в движение остаётся только движение, которое измеряется скоростью, но никак не энергией. Очевидно, что и в том, и в другом случае энергией измеряется само преобразование напряжение-движение, что будет подробно пояснено ниже.

Кроме того, двух разных физических величин с одним и тем же физическим смыслом, но разным названием и разными формулами не может быть в принципе, т.к. именно физический смысл физической величины определяет её формулу и её название. Хотя последнее вовсе не обязательно. Остановленное движение не может отличаться от самого себя до остановки. Иначе следует считать, что остановлено совсем не то, что было до остановки, что опять же подразумевает разные физические величины и разные физические явления, у которых не может быть одинаковой меры. Поэтому, раз уж речь идёт именно о физическом явлении движения материи, то и остановленное, и продолжающееся движение должно измеряться в одних и тех же физических единицах.

Во-вторых, остановленное движение это всего лишь история бывшего движения. Восстановить эту историю можно только по факту его бывшего существования, т.е. по факту когда-то продолжавшегося движения. Тогда по логике, предложенной самим же Энгельсом, мерой остановленного движения должен быть именно импульс, раз уж был до остановки. При этом процесс остановки или образования движения — это вовсе не само движение. В формуле энергии, конечно же, присутствует скорость, но она присутствует в ней в более сложном сочетании с массой, чем в самом движении массы, т.е. в импульсе. Следовательно, энергия это, как минимум, мера не просто движения массы, а некого действия с движением.

У Энгельса же одна и та же физическая величина – движение в разные моменты истории (времени) определяется по фактически двумя разными физическими величинами - импульсом и энергией, что является явным абсурдом.

И, наконец, в-третьих, если энергии нет у продолжающего движения, как говорит Энгельс, то её нет и у остановленного движения, хотя бы, потому что состояние движения и покоя по существующему определению классической же физики абсолютно равнозначны. Но равнозначны они именно в отсутствие в отсутствие взаимодействия, т.е. самого действия по преобразованию напряжение-движение, мерой которого очевидно и является энергия. Отсюда следует, что энергия не может быть мерой никакого движения - ни продолжающегося, ни остановленного.

Если по Энгельсу энергия есть у остановленного движения без импульса, то она, тем более должна быть и у продолжающегося движения с импульсом, а если у продолжающегося движения с импульсом нет энергии, то её нет и у остановленного движения, которое ничем принципиально не отличается от остановленного движения без импульса и без энергии.

 

Таким образом, Энгельс так и не разрешил проблему физической сущности количества движения, которая не зависит от того, когда и в какое время оно совершалось, совершается или будет совершаться, что опять возвращает нас к истоку спора.

Разрешение этого вопроса следует начать с уточнения самого понятия импульса и энергии. Сразу оговоримся, что этот вопрос тесно переплетается с академическими условностями нашего субъективного описания природы, которой абсолютно всё равно, что мы о ней думаем. Поэтому в плане осознания нашего же знания давайте, прежде всего, максимально объективно разберёмся с собственными академическими условностями. По определению движение - это свойство материи изменять своё положение в пространстве относительно других тел.

Движение может осуществляться, как пассивно с постоянной скоростью, так и активно с переменной скоростью, т.е. с ускорением. Следовательно, есть две характеристики так или иначе причастные к движению – сила и элемент силы - ускорение, а также скорость. Однако, как известно ускорение характеризует не само движение, а его изменение, т.е. растянутое во времени действие. Нас же интересует чистое движение без каких-либо дополнительных физических явлений в виде действия по его изменению.

А для того чтобы исключить всё, что не относится непосредственно к чистому движению материи-массы необходимо исключить из него любые действия по изменению скорости материи-массы, которые добавляют в чистое движение ещё и изменяющееся напряжение. Эта дополнительная добавка характеризует совсем другое физическое явление или другое свойство материи преобразование напряжение-движение. Ну, а поскольку в вопросе о количестве самой движущейся материи в виде её массы в физике вопросов не возникает, то мерой количества движения материи, безусловно, является только сочетание массы и скорости.

Теперь определим, как эти две физические величины должны быть связаны между собой в составе меры количества движения материи. Очевидно, что если скорость и масса не изменяются, то не должно изменяться и количество движения материи, т.к. постоянная скорость постоянной массы свидетельствует об отсутствии причин этого изменения. Поэтому если взаимодействия отсутствуют, то мерой количества движения тела условно может быть сочетание его массы и скорости через любые математические действия. Это может быть сумма, разность произведение, частное от их деления или просто запись этих параметров через запятую, а так же табличным или любым другим способом.

При наличии взаимодействия движущейся массы с другими массами количество движения каждой массы в отдельности может изменяться. Однако в отсутствие третьих тел система из взаимодействующих тел является замкнутой, следовательно, количество движения всей системы, как и отдельной массы, в отсутствие взаимодействий с третьими телами в соответствии с законом сохранения импульса остаётся неизменным. А вот при изменении количества движения отдельных масс внутри системы сохранение общего количества движения системы возможно только в том случае, если соотношение взаимодействующих масс этой системы будет обратно пропорционально соотношению их скоростей, полученных при взаимодействии. Отсюда следует, что:

Мерой количества движения материальных тел является ПРОИЗВЕДЕНИЕ их массы на скорость, т.е. импульс.

При этом не имеет никакого значения, какое движение оценивается – прошлое, будущее или настоящее, т.к. вопрос оценки его количества - это вовсе не вопрос его истории, как фактически предлагает считать Энгельс. Количество и история это два совершенно разных понятия. Если движение массы когда-то было или оно только предполагается, то мы вправе иметь возможность однозначно оценить его прошлое, настоящее и будущее в настоящем, т.к. любая история пишется в настоящем.  Но для этого мы должны знать, как её писать, т.е. мы должны знать не только, что такое количество движения, но как оно образуется и что является мерой его образования.

Импульс может быть передан от одного тела другому только при их взаимодействии через силу взаимодействия. Следовательно, сила, а, значит, и энергия взаимодействия характеризует не количество продолжающегося или остановленного движения, а сам процесс производства или преобразования движения. Конечно, в процессе производства движения всегда существует и его количество.  Однако фиксируя текущую скорость движения в момент измерения его количества, мы, хотя бы на время измерения абстрагируемся от производства движения, усредняя изменяющуюся скорость до её среднего значения. При этом остаётся только достигнутое на текущий момент времени количество движения без учёта его изменения, т.к. средняя скорость всегда есть величина постоянная.

В серии своих опытов Турышев с коллегами твёрдо установил, что действие тел друг на друга пропорционально их кинетической энергии. Но это как раз и означает, что энергия является именно мерой действия. Однако сам Турышев с коллегами сделал из своих опытов прямо противоположный вывод. Он заявил, что истинной мерой движения (покоя), т.е. фактически бездействия, является энергия, хотя сам же только что опытным путём установил её как меру действия!Ё? Он безусловно прав лишь в одном - количество относительного движения или относительного покоя, что в принципе одно и то же, как это ни парадоксально, не содержит внутри себя никакой энергии, т.к. продолжающееся движение или покой — это результат предыдущего уже закончившегося действия.

Если же движение не преобразуется, то нет и энергии, которая характеризует количество изменяющегося движения, смешанного с изменяющимся напряжением. Зато есть импульс, который характеризует движение в чистом виде без каких-либо действий над ним. Поэтому энергия, характеризующая действие, не может быть мерой чистого физического явления под названием движение, а импульс соответственно не может быть мерой преобразования движения в напряжение и обратно, т.е. мерой взаимодействия.

Может быть, именно поэтому Энгельс характеризует «продолжающееся движение», т.е. движение без действия, только импульсом. А «исчезнувшее движение», т.е. движение, которое закончилось действием по созданию нового движения – только энергией. Однако даже в этом случае определение Энгельса внутренне противоречиво. Импульс действительно есть только у «продолжающегося движения». Но поскольку взаимодействие тел, в котором создаётся их новое движение, для каждого из взаимодействующих тел начинается и заканчивается одновременно, то после окончания взаимодействия энергии нет ни у исчезнувшего старого движения этого взаимодействия, ни у нового продолжающегося движения, образовавшегося в результате этого взаимодействия!

Постфактум энергию, конечно же, можно вычислить, как по тому, так и по другому движению. Но точно так же постфактум можно определить и импульс исчезнувшего движения, в то время как Энгельс в одностороннем порядке отнёс импульс только к продолжающемуся движению, а энергию только к остановленному движению.

Таким образом, никакого разграничения понятия импульса и энергии в определении Энгельса фактически нет, а значит, в его определении нет и объединяющего их понятия, как двух мер одного и того же количества движения.

Мы собственно не сделали никакого открытия. Безусловно, и философ Энгельс и тем более профессиональные физики прекрасно понимают физическую сущность импульса и энергии и, следовательно, всё то, что было только что сказано. Поэтому сущность спора о мере движения лежит, скорее всего, даже не области физики движения, которую по большому счёту многие понимают одинаково, а в умении чётко излагать свои мысли. Хотя с другой стороны чёткость определений появляется только после чёткого понимания вопроса. Ни того, ни другого Энгельс собственно и не показал. Во всяком случае, в его определении отсутствует даже упоминание о роли взаимодействия в движении, которое разделяет исчезающее и зарождающееся движение, и об энергии, как меры взаимодействия!

И ещё удивляет такой момент. Многие современные учёные сетуют на засилье математики в физике. Они считают, что есть неправильные математико-физики и правильные физико-математики. И уж они-то точно физико-математики. Один из них, к.т.н. Юрий Сергеевич Юдин, автор статьи «Две меры механической формы движения материи», размещённой на научно-техническом портале: WWW.NTPO.COM (ser.t-k.ru.). В отличие от нас он считает мерой количества движения энергию. Это его мнение и он имеет на это право, Но дело даже не в этом. Раз уж ты заявил, что ты правильный физико-математик, а не наоборот, то ты должен соответствовать этому и дать качественную физическую оценку своего мнения независимо от его математического выражения.

Считая себя именно физико-математиком и ругая математико-физиков, Юдин, тем не менее, ни разу не привёл в своей работе своего видения физического смысла количества движения. Наоборот, все его доводы основаны на анализе удобства решения первой и второй задач динамики - определения закона движения по силам и начальным условиям и определения сил по заданному закону движения. На основании голого анализа формул он выбрал более удобную для этих задач, по его мнению, энергию. Но её физического смысла, как меры движения, он даже не попытался привести, как собственно и физического смысла всех используемых им формул. При этом из своей абсолютно бесполезной для физического смысла работы автор делает глобальный для науки и для подготовки научных кадров вывод. Мы обязательно приведём этот вывод, как образец «понимания» современных учёных приоритета физики над математикой. Вот он дословно:

 «Таким образом, если констатировать, что нам может дать это произведение массы на скорость, т.е. mv, если мы кроме математической интерпретации 1 - го закона Ньютона для движения центра масс замкнутой системы будем вкладывать в него еще какой-то смысл, как еще одной меры механического движения, то мы вынуждены констатировать, что ничего кроме головной боли. Так зачем же изобретать еще одну меру механической формы движения материи? Неужели только для того, чтобы студенты поупражнялись в математике на простейших учебных задачах?

Из всего выше сказанного, вытекает практический вывод о том, что присутствие в учебниках по Теоретической механике” двух мер механической формы движения материи не только не оправдано, но и вредно. Исключение разделов связанных с mv, как с еще одной мерой движения, приведёт к тому, что не только упростится изложение материала, но и значительно повысится качество знаний студентов».

Никто собственно и не спорит, что энергия - всему голова. Через энергетические процессы всегда можно определить и другие параметры движения - ускорение и скорость. Но это не значит, что у головы нет рук, ног и других органов, которые, конечно же, подчиняются голове, но они имеют и свои индивидуальные качества, мерой которых голова вовсе не является! Ну, давайте вообще ни чему не будем учить студентов и бросим учёбу сами. Ведь есть бог – всему голова. Как он скажет, так и будет. При этом качество наших знаний, очевидно, «повысится» до небывалых высот и не будет больше ни каких споров и головной боли! Ё!

Конечно, в природе всё взаимосвязано. Энергия зависит от распределения импульса точно так же, как и распределение импульса зависит от распределения энергии. Но эти физические величины определяют разные свойства материи: свойство движения, которое характеризуется импульсом и свойство взаимодействия, которое характеризуется энергией. И ни одна из этих физических величин не может заменить другую, как не может свойство материи, например, занимать определённый объём пространства заменить инерционные свойства материи, как это утверждают сторонники системы измерения LT (см. главу 2).

Экспериментаторы во главе с Турышевым по сути дела предлагают оценивать движение не скоростью, которая непосредственно характеризует движение массы по определению, а энергией, являющейся характеристикой взаимодействия и передающейся силой. Если учесть, что сила в свою очередь характеризуется ускорением массы, то такая подмена понятий приводит к оценке движения не по скорости, а по ускорению и, следовательно, к ликвидации понятия равномерного и прямолинейного движения, как такового, в котором нет ускорения. Остаётся только энергия, производящая движение, которое будет оцениваться самой же энергией! Почти как по Юдину.

По нашему мнению, какой-либо практической пользы это не принесет и лишь обеднит существующие инструменты описания реальной действительности во всем ее многообразии. В частности возникнут трудности с формулировкой первого закона Ньютона, который связан не с ускорением, а с его отсутствием, т.е. с равномерным и прямолинейным движением. Конечно, в отсутствие абсолютной системы координат любое инерционное движение является относительным. Для движущихся параллельно с одинаковой постоянной скоростью тел его просто не существует. Но для тех тел, для которых перемещение, хотя бы относительное существует, инерционное движение игнорировать невозможно.

Импульс элементарной неделимой массы, хотя и условно - в других физических единицах измерения импульса, однозначно соответствует и её энергии, т.к. элементарные массы, имеющие одинаковый импульс и одинаковые массы не могут иметь разные энергии в одном и том же типе взаимодействия. А вот материальные тела, состоящие из разного количества элементарных масс, при одинаковом импульсе могут иметь разные энергии и наоборот.

Это одно из подтверждений взаимосвязи всех явлений природы, которые лишь характеризуют ее с разных сторон. Поэтому, для того чтобы иметь представление о явлениях природы во всем их многообразии нельзя подменять или смешивать их разные проявления при разных обстоятельствах. Процесс образования движения и само достигнутое (накопленное) движение или его количество в будущем это и есть те разные обстоятельства проявления свойств материи, которые нельзя подменять одно другим.

Таким образом, вряд ли оправдано изменять физический смысл понятий импульс и энергия, заложенный в них классической физикой. Это как мы уже говорили, приведёт к обеднению фундаментального понятия движения, которое связано не только с ускорением, но и непосредственно с относительным перемещением материальных тел с постоянной скоростью.

Кроме того, если за меру количества движения принять энергию, то мерой чего в таком случае будет являться импульс? Это понятие тогда так же теряется или превращается в абстрактную академическую величину, а ведь оно, как и инерционное движение расширяет наши представления о природе. Более того это одно из фундаментальных понятий современной физики. Поэтому изменение физического смысла энергии только добавит физике новые проблемы.

Эксперимент Турышева показал, что при наличии энергии одинакового линейного импульса падающего тела привода одинаковые по массе тележки, приводимые в движение этим импульсом через вращающиеся цилиндры одинакового радиуса и одинаковой массы, но с разным распределением массы по их объему получают разные линейные импульсы и соответственно разные энергии. Из этого экспериментаторы сделали вывод, что количество движения определяется не импульсом, а энергией движения. Однако этот вывод не столь однозначен, как может показаться на первый взгляд.

Из эксперимента Турышева можно сделать другой абсолютно бесспорный вывод, не подвергающий сомнению многообразие явлений природы, а только дополняющий его. А именно: полный импульс системы может складываться из импульсов её линейного и вращательного движения. А вращательное движение  определяется не только окружным линейным импульсом, но и энергией связи (Есв). Эти обстоятельства и позволяет провести предложенный выше эксперимент по проверке и возможному уточнению классического уравнения динамики вращательного движения.

Подробнее см. А. А. Астахов "Физика движения", глава 3.5.1

Категория: Мои статьи | Добавил: aaa2158 (12.11.2015)
Просмотров: 652 | Рейтинг: 1.0/1
Всего комментариев: 0
avatar