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 это в корне не верно. Продолжающееся движение, конечно же, имеет импульс, а исчезнувшее или новое движение, безусловно, исчезло или возникло не без энергии-работы. Однако если уж речь идёт именно об оценке количества и существующего, и остановленного движения, как такового, то это безусловно импульс, который определяется мгновенным значением достигнутой скорости массы, т.е. самим движением, как таковым, а не его изменением. Само движение и его изменение – это, хотя и родственные, но принципиально разные понятия.

Очевидно, что количество движения материи определяется количеством самой материи, а также количеством её геометрического перемещения (движения). Это необходимые и достаточные условия для оценки количества движения. Мерой количества материи, хоть и косвенно через меру инерции, однозначно является масса, а мерой движения, как изменения относительного расположения материи в пространстве и времени, безусловно является скорость. А поскольку после остановки движения в одной ИСО сама материя-масса, а также её движение относительно другой ИСО никуда не исчезают, то остановленного движения в природе в целом не существует. Причём в каждой ИСО есть своё количество движения, даже без его непосредственного изменения.

Таким образом, Энгельс так и не разрешил проблему физической сущности количества движения, которая не зависит от того где, в какой системе отсчёта и в какое время оно совершалось, совершается или будет совершаться. К тому же Энгельс не различает понятия движение и изменение движения. Всё это опять же возвращает нас к истоку спора.

Очевидно, что основной причиной затянувшегося спора о мере движения в пользу энергии или импульса является присутствие в каждой из этих физических величин массы и скорости, которые одинаково определяют количество массы и её движения. Однако, поскольку для определения количества движения наличие массы и скорости являются необходимыми и достаточными условиями, то мера количества движения - это безусловно импульс. А энергия содержит в своём составе дополнительные условие в виде квадрата скорости, т.е. в виде второй скорости, которая необходима для дополнительного движения по изменению исходного движения. Это и есть критерий разграничения понятий импульса и энергии.

Таким образом, мерой количества движения массы-материи является достигнутый результат движения массы - импульс, а энергия является мерой преобразования движения массы-материи, т.е. мерой достижения этого результата.

 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. Если движение массы когда-то было, есть или оно только предполагается, то мы вправе иметь возможность однозначно оценить его количество в прошлом, в настоящем и в будущем сегодня, т.е. в настоящем времени, т.к. любая история пишется исключительно только в настоящем времени. 

В серии своих опытов Турышев с коллегами твёрдо установил, что действие тел друг на друга пропорционально их кинетической энергии. Однако сам Турышев с коллегами сделал из своих опытов прямо противоположный вывод. Он заявил, что энергия является мерой движения (покоя), т.е. фактически бездействия! Однако характеристика действия, не может быть мерой бездействия, каковым является чистое движение, а мера бездействия соответственно не может быть мерой действия, каковым является преобразование движения или взаимодействие.

Если речь идёт об одной ИСО, то импульс действительно есть только у «продолжающегося движения. Но поскольку взаимодействие тел, в котором создаётся их новое движение в этой ИСО, для каждого из взаимодействующих тел начинается и заканчивается одновременно, то после окончания взаимодействия, энергии, как меры этого взаимодействия нет ни у старого исчезнувшего движения, ни у нового продолжающегося движения.

Постфактум энергию, конечно же, можно вычислить для любого времени осуществления движения. Но точно так же постфактум можно определить и импульс любого, в том числе и исчезнувшего движения. Энгельс же необоснованно в одностороннем порядке отнёс импульс только к настоящему, а энергию только к бывшему движению, хотя в обоих случаях речь качественно идёт об одном и том же движении!

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

Чёткость определений складывается только из чёткого понимания вопроса. Ни того, ни другого Энгельс собственно и не показал. В его определении отсутствует даже упоминание о роли взаимодействия, в котором исчезает старое и зарождается новое движение! А без этого понять, что само движение и процесс его производства – это принципиально разные вещи, не возможно. Энгельс, как видно, так этого и не понял.

Поскольку импульс определяет количество движения, как такового, то любые его выражения через силу, например, в виде импульса силы (P = F * t = m * V), которые в конечном итоге сводятся к необходимым и достаточным условиям определения количества движения (P = m * V), могут быть верны только количественно. Качественно же импульс, как количество уже готового движения с достигнутой скоростью, не пропорционален ни силе, ни времени.

Ошибочно считать, что импульс изменяется со временем в отсутствие процесса преобразования напряжения в движение, даже если он выражен через силу. Это лишь упоминание о прошлой силе, уже преобразованной в движение. При этом сам процесс преобразования характеризуется энергией, а не импульсом. В выражении же (P = m * V = F * t) нет дополнительного условия в виде второй скорости (квадрата скорости) для дополнительного движения по изменению исходного движения.

Таким образом, мерой движения однозначно является импульс, а энергия - это мера движения по изменению движения.

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.). Он считает мерой количества движения энергию.

Это его мнение и он имеет на это полное право. Но раз уж ты заявил, что ты правильный физико–математик, то ты должен соответствовать этому и дать качественную физическую оценку своего мнения независимо от его математического выражения. Однако, 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.

При этом из своей абсолютно бесполезной для физики 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. При этом 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. 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. Но к инерционному движению относится ещё и покой, отличающийся от ускорения. Поэтому 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 движение это и есть те разные обстоятельства проявления свойств материи, которые нельзя подменять одно другим.

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, как показано выше, 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