Физика. Порядок вещей, или Осознание знаний

«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 * v2 / 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 * v2 / 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/ 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. Ниже представлено официальное определение ИСО и наша параллель этого определения на основе второго ЗН:

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.

С точки зрения здравого смысла, да собственно и классической физики тоже, на два тела есть только одно действие, которое так и называется ВЗАИМ-о-ДЕЙСТВИЕ. Естественно, что одно действие имеет только одно время старта и одно время финиша, а не два разных времени для действия и противодействия. А равенство сил в каждую сторону легко объясняется общим напряжением единого действия, которое, как давление в общем сосуде действует на стенки с одной и той же по величине силой во всех направления от ЦМ взаимодействия, что делает 3-й закон Ньютона бессмысленным.

В общем случае манипуляторы, передающие 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 * V1ʹ→ – m1 * V1→ = – m2 * V2ʹ→ + m2 * V2→

m2 * V2→ + m1 * V1→ = m2 * V2ʹ→ + m1 * V1ʹ→

P1→ + P2→ = P1ʹ→ + P2ʹ→

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→ и – 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, недопустимо физически 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):

«Закон III.

Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе – взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны.

Если что-либо давит на что-нибудь другое или тянет его, то оно само этим последним давится или тянется.»

Но если речь идёт о разных силах, действующих на разные тела, как записано в определении 3-го ЗН, то это не система тел, а два неуравновешенных движения, каждое в своём направлении, под действием сил, подчиняющихся 2-му ЗН. В этом случае мы не вправе приравнивать разные силы, по 3-му ЗН. Однако далее в разъяснении формулировки якобы 3-го ЗН в современном его понимании, Ньютон говорит уже фактически не о равенстве сил, а о равенстве импульсов, т.е. о ЗСИ.

Читаем у Ньютона:

«Если какое-нибудь тело, ударившись в другое тело, изменяет своею силою его количество движения на сколько-нибудь, то оно претерпит от силы второго тела в своем собственном количестве движения то же самое изменение, но обратно направленное, ибо давления этих тел друг на друга постоянно равны.

…натянутый канат своею упругостью производит одинаковое усилие на лошадь в сторону камня и на камень в сторону лошади…»

Обратите внимание, хотя две силы здесь всё же упоминаются, но речь идёт вовсе не о самом процессе производства движения тел при помощи сил из 2-го ЗН, а о сохранении уже готового движения системы, что характерно исключительно только для ЗСИ, а не для сил из 3-го ЗН. Как уже отмечалось выше, закона сохранения сил в природе не существует. Есть одна общая сила взаимодействия. «Натянутый канат» у Ньютона производит именно «одинаковое усилие», а не одинаковые усилия. Всё это не соответствует 3-му ЗН. Зато это в точности соответствует ЗСИ, который определяет сохранение количества уже готового движения.

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. Следовательно, есть все основания считать, что под 3-м законом Ньютон фактически понимал и открыл ЗСИ.

При этом 3-ий ЗН в его современном понимании абсурден. Он описывает противодействие разных сил, приложенных к разным телам, чего не может быть в принципе. Поскольку прикладываются не силы, а тела, то нет двух сил. Есть два тела и одна общая сила между ними, а точнее одно общее скалярное НАПРЯЖЕНИЕ. А направление замедления старого и ускорения нового движения определяет вектор скорости ответных тел.

Конечно же, никаких резиновых мячиков между взаимодействующими телами в реальной действительности нет. Но есть общий физический котёл взаимодействия, в котором варится одна общая для всех взаимодействующих тел сила. При этом вопрос о равенстве несуществующих в природе сил действия и противодействия снимается естественным образом, без феноменологически необъяснимого фиктивного 3-го закона Ньютона.

Одна и та же сила естественно всегда в точности равна самой себе. А природные манипуляторы в виде физического механизма явления упругости на уровне амеров среды доводят действие этой силы до всех взаимодействующих тел в равной степени (см. ниже – механизм формирования сил взаимодействия на основе явления инерции, как врождённого свойства материи и сил инерции, как сопротивления мировой материальной среды в настоящей главе).

Если же вдруг общая сила (напряжение) взаимодействия не всегда в равной степени доводится до взаимодействующих тел, как показали некоторые последние исследования в электродинамике и т.д., то даже в этом случае никакие законы природы ни в коем случае не нарушаются. В этом случае – следует искать «сбои», а точнее законные механизмы в работе передающих манипуляторов, что вероятно и лежит в основе безопорного движения.

Если силы две, вместо одной силы взаимодействия, то они могут быть только виртуальные или абстрактные, т.е. действующие только в одну сторону, без упора с другой стороны. Именно такой абстрактной стрелочкой и являются силы в классической модели неуравновешенного движения (см. выше в начале главы). Реальным же силам всегда нужен упор. При этом две одинаковые силы, упирающиеся с одной стороны друг в друга, а с другой в тела создавали бы между телами двойное по величине напряжение взаимодействия, чего в реальной действительности не наблюдается.

Вот и получается, что в реальной действительности есть ОДНА общая сила, которая действует во все стороны и по всему объёму, как давление в сосуде, что академически обозначается абстрактной стрелкой, ошибочно называемой в классической физике силой. Прикладываются не силы, а тела. А тела не могут прикладываться в точке ЦМ или в точке поверхности тел. Поэтому нет ничего удивительного и противоречивого в том, что силу мы называем напряжением. А поскольку сил в точке реально не бывает, то можно пользоваться одним термином – сила, но в качестве давления (напряжения).

Сила в точке это всего лишь академический приём для упрощения модели неуравновешенного движения и расчётов по ней. Физически же силы равномерно распределяются по объёмной площади массовых элементов каждого тела так, что на каждое тело взаимодействия в целом приходится одинаковая общая сила взаимодействия (см. ниже – механизм формирования сил взаимодействия… в настоящей главе). Именно поэтому скорость и ускорение каждого тела обратно пропорциональны их массе.

Конечно же, напряжение в процессе взаимодействия может непрерывно изменяться и изменяется. Однако в каждый момент времени общая сила остаётся одинаковой для каждого взаимодействующего тела, подобно давлению внутри сосуда, которое успевает равномерно распределиться по всему его объёму, даже в случае определённых колебаний, как величины самого давления, так и объёма сосуда. В нашем случае речь идёт об упомянутой выше «объёмной площади». Тем не менее, есть все основания полагать, что в динамике силы реальных взаимодействий всё-таки могут распределяться и распределяются не равномерно.

В сторону меньшего тела, которое движется быстрее, напряжение взаимодействия разряжается быстрее, чем в сторону большего тела. Поэтому при выравнивании общего напряжения взаимодействия массовые элементы области деформации воздействуют на меньшее тело с большей скоростью и соответственно с несколько большей силой, чем на бОльшее тело и чем предписывает усредняющий академический закон сохранения импульса и упразднённый нами третий закон Ньютона. При этом может возникать эффект «безопорного» движения всей системы в сторону меньшего тела (см. главу 11.3.).

Но это верно только в том случае, если напряжение взаимодействия разряжается значительно быстрее скорости меньшего тела. В противном случае бОльшая сила буде для бОльшего тела, т.к. меньшее будет убегать от воздействия. Причём этот эффект экспериментально обнаружить очень сложно. Напряжение тут же превращается в движение тел. При этом оставшееся общее внутреннее напряжение взаимодействия тут же выравнивается по всему его объёму.

Именно поэтому мы и вынуждены в расчёте взаимодействий использовать не напряжение на текущей границе каждого тела с зоной деформации, а общее усреднённое напряжение всей текущей зоны деформации, т.е. общую силу взаимодействия.

А теперь опять же в плане «осознания знания» уточним понятие массы.

Материя является основным вещественным инвариантом природы, которая никуда не исчезает и не возникает из ниоткуда. Изменяются только её свойства, что и обеспечивает всё многообразие состояния материи и многообразие явлений природы. Поэтому массу, как меру материи, не совсем корректно называть неким безликим коэффициентом пропорциональности свойств материи, в том числе и силы.

Масса это самый значимый аргумент всех функций, описывающих явления природы, связанные с изменением свойств материи, т.к. именно масса является носителем этих свойств. Поэтому в уравнении силы (F = m * a) коэффициентом пропорциональности является не масса, как принято считать в современной физике, а ускорение, которое является коэффициентом преобразования напряжение-движение. Соответственно коэффициентом самого количества движения материи в уравнении импульса (P = m * V) является скорость, состоящая из двух коэффициентов (V = a * t)).