О методологической проблеме определения базовых понятий классической физики (часть 2)

В первой части статьи [1] рассмотрены основания двух подходов определения базовых понятий классической физики. В результате было сформулировано альтернативное представление о них:

Классический подход:

Количество движения – р = mv (кг*м/с);

Сила – F = ma (кг*м/c²; Ньютон);

Энергия – Е =½ mv² (кг*м²/с²; Джоуль)

Работа – А = Е₁ – Е₀ = ΔЕ (Джоуль, Дж)

Альтернативный подход:

Сила - F = mv (кг*м/с);

Механический импульс – Y = (кг*м/c²; Ньютон);

Кинетическая энергия (кинергия) – К = F*v = mv² (кг*м²/с²; Джоуль);

Работа – А = К*t = F*L (Дж*с).

Для того, чтобы тело определённой массы двигалось с постоянной скоростью неограниченно долго ему должна быть передана, необходимая для этого энергия, которая в альтернативной версии рассматривается как произведение «силы» (количества движения) на скорость движения тела. При оценке интервала рассматриваемого события равного одной секунде (единице времени) «кинергия» соответствует понятию мгновенной энергии в классическом подходе, и тождественно понятию «мощность» там же.

Для сравнения вычислительных возможностей обоих версий мы можем рассматривать тождественность понятий «кинергия» и «мощность», тогда:

К (Дж) = N*t (Вт*с, Дж)

где К – кинетическая энергия (кинергия) в альтернативном подходе;

N – мощность в классическом подходе.

t – единица времени (1 с).

1 Дж = /1 Вт/

Рассмотрим это тождество на примерах движения различных видов транспорта: водного, железнодорожного, шоссейного, воздушного.

1. Самолёт Boeing 747-8 (2010)

Масса взлётная – 4,422*10⁵ кг;

Скорость максимальная – 254,7 м/с;

Мощность силовой установки (N) = 6,619*10⁹ Вт

K = mv² = 4,422*10⁵ * (254,7)² = 2,869*10¹⁰ Дж

k = К/N = 2,86*10¹⁰ / 6,619*10⁹ = 4,33

2. Легковой автомобиль SS Tuatara (2011)

Масса снаряжённая – 1,247*10³ кг;

Скорость максимальная – 126,4 м/с;

Мощность силовой установки (N) = 1,5*10⁶ Вт

K = mv² = 1,247*10³ * (126,4)² = 1,992*10⁷ Дж

k = К/N = 1,992*10⁷ / 1,5*10⁶ = 13,28

3. Локомотив ВЛ86 (1985)

Масса снаряжённая – 2,7*10⁶ кг;

Скорость максимальная – 27,78 м/с;

Мощность силовой установки (N) = 1,14*10⁷ Вт.

K = mv² = 2,7*10⁶ * (27,78)² = 2,08*10⁹ Дж

k = К/N = 2,08*10⁸ / 1,14*10⁷ = 18,2

4. Истребитель Су-57 (2010)

Масса взлётная – 3,7*10⁴ кг;

Скорость максимальная – 722,2 м/с;

Мощность силовой установки (N) = 9,86*10⁸ Вт

K = mv² = 3,7*10⁴ * (722,2)² = 1,93*10¹⁰ Дж

k = К/N = 1,93*10¹⁰ / 9,86*10⁸ = 19,57

5. Крейсер «Пётр Великий» (1989)

Масса снаряжённая – 2,586*10⁷ кг;

Скорость максимальная – 16,45 м/с;

Мощность силовой установки (N) – 1,03*10⁸ Вт.

K = mv² = 2,375*10⁷ * (16,45)² = 6,43*10⁹ Дж

k = К/N = 6,43*10⁹ / 1,03*10⁸ = 62,4

6. Контейнеровоз Maersk Mc-Kinney Moller (2013)

Масса снаряжённая – 1,95*10⁸ кг;

Скорость максимальная - 11,94 м/с;

Мощность силовой установки (N) – 2,9293*10⁸ Вт.

K = mv² = 1,95*10⁸ (11,94)² = 2,785*10¹⁰ Дж

k = К/N = 2,785*10¹⁰ / 2,9293*10⁷ = 95,0

7. Тягач Scania R730 (2005)

Масса снаряжённая – 4,0*10⁴ кг;

Скорость максимальная – 33,33 м/с;

Мощность силовой установки (N) = 3,947*10⁵ Вт

K = mv² = 4,0*10⁴ * (33,33)² = 4,44*10⁷ Дж

k = К/N = 4,44*10⁷ / 3,947*10⁵ = 112,5

Приведённые данные показывают, что рассмотренные объекты реализуют движение более затратное, чем способны обеспечить их энергетические установки. При этом следует учитывать, что, при организации движения каждого из рассмотренных объектов, неявно участвуют расходы на преодоление сопротивления внешней среды. Но такое соотношение энергопотребления, противоречит закону сохранения энергии, который гласит, что нельзя израсходовать энергии больше, чем получено объектом. В реальности же мы видим всё с точностью до наоборот.

В тоже время расчёты по запуску ракетной техники в космос показывают, что в этом случае расходуемая на движение энергия в точности соответствует энергетическому расходу их силовых установок. Следовательно, наблюдаемый «парадокс движения» свойственен объектам только при движении параллельно поверхности Земли.

Отличие движений перпендикулярно и параллельно поверхности Земли связано с направлением пересечения объектами так называемых «гравитационных линий», о которых в классической версии не упоминается. По умолчанию под этим понимают линии напряжённости гравитационного поля.

Анализ энергозатрат рассмотренных объектов позволяет предположить, что гравитационное поле, так же, как электрическое и магнитное поля обладает собственными силовыми линиями, движение относительно которых существенно изменяет затраты его организации от максимума в направлении вдоль линий, до минимума – перпендикулярно им. Таким образом, в рассмотренных случаях закон сохранения энергии не нарушается, так как затраты на движение в перпендикулярных друг другу направлениях отличаются между собой кратно.

При этом особую трудность составляет учёт сопротивления среды, которое во многом определяется конструктивными особенностями рассматриваемого объекта. Так, если сравнивать энергозатраты на движение самолёта Boeing 747-8 (4,33) и тягача Scania R730 (112,0), то мы видим, что энергетические потери от сопротивления среды первого более чем в 25 раз превышают аналогичные потери в последнем.

С другой стороны, результаты тягача Scania R730, показывают, что энергозатраты при движении перпендикулярно силовым гравитационным линиям снижаются более чем в 100 раз по отношению к движению по направлениям этих линий. Фактически снижении энергозатрат ещё больше, если учитывать, что значительная часть полученной объектами энергии расходуется не на, собственно, формирование движения, а на преодоление сопротивления среды.

Объяснение природы рассмотренного «парадокса движения», очевидно надо искать в строении атома, так как именно его масса определяет силу гравитационного взаимодействия. Но поскольку феномен «парадокса движения» указывает на явную анизотропию гравитационного взаимодействия, то единственным объяснением этого может быть асимметричность свойств атома. Наиболее вероятно, что эта асимметрия характерна для ядра атома. В упрощённом виде, в этом случае, ядро можно представить не в виде шароподобного образования, а в виде поплавка (гироскопа) с максимальным расширением по средине оси вращения и максимальным сужением на её концах.

Особенность ядер-поплавков (ядер-гироскопов) в том, что они всегда ориентируются по направлениям силовых гравитационных линий взаимодействия тел. Если тело движется вдоль этих гравитационных линий, то гравитационное взаимодействие максимально. В случае движения перпендикулярно гравитационным линиям, тело не испытывает гравитационного взаимодействия в этом направлении, и как следствие энергетические затраты при этом минимальны, что, собственно, мы и наблюдаем в «парадоксе движения».

Основываясь на гироскопной модели атомного ядра, можно предположить, что существует потенциальная возможность овладения управляемой переориентацией атомного ядра в пространстве в будущем, что позволит человечеству освоить управляемую левитацию любых объектов. Как видно из рассмотренных примеров, это станет существенным шагом в снижении уровня энергозатрат при движении в условиях мощных гравитационных полей.