Понимаем ли мы физику (ответ)


Континенталист, 1.07.2019 15:22   –   cont.ws  


ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПАРАДОКС (Согласно современной школьной физики, вечные двигатели - возможны!)

Есть о чем призадуматься Российской академии образования, министрам  и чиновникам из Министерства просвещения и министерства образования и науки, преподавательскому составу вузов и школьным учителям физики.

Петр Иванович Дубровский, добросовестный инженер – исследователь, честный и непредвзятый частный научный детектив.

e-mail: d-pi@yandex.ru

 1 апреля на своём канале в Дзене, а 24 июня и здесь, на КОНТе, я опубликовал тестовую заметку под названием “Понимаете ли Вы физику? Проверьте себя”, в которой привел вот такую вот картинку (см. ниже) и задал два вопроса.

Рис. 1

Итак, предположим, у нас имеются два материальных тела – первое, массой 1 кг, расположено на высоте 4 метра над землей, второе – массой 4 кг, расположено на высоте 1 метр над землей (см. рис. 1.)

Таким образом оба материальных тела имеют одинаковую начальную «потенциальную энергию» mgh, равную 39,24 Н·м (Потом в результате округлений в моих расчётах будет кое-где получаться цифра 39,25, но это не должно Вас смущать. Это не является основанием гулко бить стоптанным домашним тапком себя по впалой груди и истошно вопить, дескать я нашёл ошибку).

ВОПРОС № 1:

Какой из шаров сможет выполнить за счёт накопленной им к моменту удара о Землю кинетической энергии бОльшую работу?

и ВОПРОС № 2:

Какой из шаров накопит к моменту удара о Землю бОльшее количество движения mV?

Ответ на второй вопрос не вызвал никаких трудностей у тех, кто не прогуливал школьные уроки физики или хотя бы научился пользоваться Интернетом. Но, судя по ответам, прогульщиков уроков физики было аж 2/3 от списочного состава. :-) Хоть проголосовало всего 50 человек, но картина уже понятна:

Вообще-то я не верю, что все ответившие неправильно (а правильный ответ - шарик справа) прогуливали уроки. Нет, тут проблема в неправильном преподавании. И стереотипное мышление. Почему-то все думают, что падая с большей высоты, даже менее лёгкий шар сможет набрать такую скорость, что обгонит тяжёлый. Но дело в том, что сила тяжести, действующая на маленький шар, меньше в 4 раза, чем на большой, тогда как время действия этой силы на маленький шар всего в 2 раза больше, чем на большой. Соответственно, и импульс силы тяжести, который переходит в количество  движения, для маленького шара будет в 2 раза меньше, чем на большой.

Приобретенное этими материальными телами, большим и маленьким шарами количество движения mV различно, причем количество движения, приобретенное вторым, большим по массе шаром (материальным телом), будет ровно вдвое больше, чем количество движения, приобретенное первым материальным телом, маленьким шаром:

Впору призывать к ответу роба министерства с Российской академией образования в придачу? Зажрались тамошние остолопы и остолопки? Совсем мышей не ловят!  

Насколько я понял, огромное недоумение у читателей возникло по поводу моего ответа на первый вопрос.  На самом деле всё очень серьёзно – вопрос стоит об достоверности самых фундаментальных основ всей физики, начиная со школьной.

Я повторю, что я сказал (я сказал это еще :

Обычные стереотипные ответы на вопрос №1 (примерно 30% на 70% - и я написал эти цифры еще до того, как опубликовал статью на КОНТе, еще 10 апреля. Как можно видеть, мой прогноз оказался весьма точным)

1. Большую работу может выполнить шарик слева, красный, так как он наберёт значительно большую скорость.

2. Выполняемая шариками работа будет одинакова, так как в начале они имели одинаковую потенциальную энергию, а в момент удара о землю обладали одинаковой кинетической энергией. Соответственно, и выполненная работа будет тоже одинаковой.

На самом деле оба эти ответа неправильны. Правильный ответ - ШАРИК СПРАВА дали всего 3 человека, в том числе и я. Мне хотелось бы знать, кто эти два человека и почему они дали такой ответ - осознанно или просто угадали?

ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ: Большую работу сможет выполнит правый шарик, так как любая механическая работа выполняется не придуманной, высосанной из пальца Лейбницем более 350 лет тому назад энергией, а импульсом силы - т.е. силой, действующей в течение некоторого времени. Сил вне времени не существует… Разгадка, «почему так?» скрывается в правильном ответе на вопрос №2.

Даже ракета поднимается в космос не за счёт выдуманной Лейбницем энергии, а импульсом силы.

А вообще я рекомендую освежить свои знания об основах физики - прочтите статью “Три закона Ньютона” - возможно, Вы узнаете для себя много интересного. 

Проблема следующая. Её можно назвать

«Энергетическим парадоксом в механике».

В результате падения шары приобретают одинаковую «кинетическую энергию» mV^2/2, равную 39,25 Н·м (или 39,24 Н·м – как я уже сказал, это не ошибка, тут дело в округлении – как исходных данных, так и полученного результата). Однако, что важнее, шары приобретают РАЗНОЕ количество движения.

Теперь самое время напомнить, каков же истинный физический смысл количества движения.

Согласно современной формулировке второго закона Ньютона F = ma

Как известно, V = V_0 + at

Тогда, при нулевой начальной скорости, а мы рассматриваем именно такой случай – для простоты, получаем:

Ft = mV

То есть импульс силы равен количеству движения и наоборот. Это следствие из второго закона Ньютона и оно математически описывает, что сообщённый некоему материальному телу импульс силы, то есть воздействие на это материальное тело силы F в течение времени t придаёт этому телу количество движения (которое иногда называют просто «импульсом») mV.

Чтобы лучше понять физический смысл импульса силы, я покажу воздействие импульса силы на материальное тело на двух простых примерах.

Предположим, у нас на гладкой поверхности лежит материальное тело массой 1 кг (см. рис. 2). Никакие силы сопротивления движению (как это почему-то обычно принято в школьных учебниках) учитывать не будем.

Для того, чтобы материальное тело начало движение, к нему надо приложить некую «движущую силу» F в течение некоторого времени t, то есть воздействовать на него импульсом силы Ft . Воздействуем на материальное тело массой 1 кг одним и тем же импульсом силы mV = 8,86 кг·м/с двумя разными способами (см. рис. 2):

Рис. 2 Воздействие на материальное тело одинакового по величине импульса силы

В первом варианте мы воздействуем силой F1 = 1 H в продолжении t1 = 8,86 секунд, а во втором – силой F2 = 8,86 Н в продолжении t2 = 1 секунды. Какие результаты нас ожидают через 8,86 секунд? Почему через 8,86 секунд? Потому что как раз в этот момент действие сил прекратится, и, согласно нынешней формулы работы A = FScosφ, выполнение работы приложенными силами завершится. (Пока,чтобы не смущать народ,  будем считать механическую работу “по учебнику”, хотя это неправильно

Вариант 1.

Материальное тело все 8,86 секунды движется равноускорено, с ускорением 1 м/с^2, при этом он пройдёт путь S1 = 39,25 метров, разгонится до скорости V1 = 8,86 м/с, приобретёт количество движения m1 V1 = 8,86 кг·м/с и «кинетическую энергию» m1 V1^2/2 = 39,25 кг·м^2/с^2. Движущая сила при этом совершит полезную работу

Вариант 2.

Материальное тело первую секунду движется равноускорено, с ускорением 8,86 м/с^2, при этом он пройдёт путь S2 = 4,43 метра, разгонится до скорости V2 = 8,86 м/с, приобретёт количество движения m2 V2 = 8,86 кг·м/с и «кинетическую энергию» m2 V2^2/2 = 39,25 кг·м^2/с^2. Остальные 7,86 секунды материальное тело будет двигаться равномерно (по инерции) со скоростью V_2 = 8,86 м/с, пройдя дополнительно расстояние в 69,64 метров. Движущая сила при этом совершит такую же, как и в первом варианте, полезную работу

Но при этом общий путь, проделанный материальным телом будет больше, чем в первом варианте на 34,82 метра (= 4,43 м + 69,64 м – 39,25 м).

А теперь вернёмся к нашим шарам и к приобретённым ими за время падения количествам энергии, которые можно превратить в импульс силы.

Предположим, что в результате превращения количества движения в импульс силы (согласно следствия из Второго закона Ньютона) мы получим одинаковую по величине движущую силу в 1 Н , но только в первом варианте она будет действовать на протяжении 8,86 секунд, а вот втором – на протяжении 17,72 секунд. То есть в первом варианте мы воздействуем на одно и то же материальное тело импульсом силы

а во втором варианте – импульсом силы

Смотрим рис. 3:

Рис. 3

И какой же результат мы получим по завершении 17,72 секунд в этих обоих случаях?

Вариант 1.

Материальное тело первые 8,86 секунды движется равноускорено, с ускорением 1 м/с^2, при этом он пройдёт путь S1 = 39,25 метров, разгонится до скорости V1 = 8,86 м/с, приобретёт количество движения m1 V1 = 8,86 кг·м/с и кинетическую энергию m1 V1^2/2 = 39,25 кг·м^2/с^2. Остальные 8,86 секунды материальное тело будет двигаться равномерно (по инерции) со скоростью V_1 = 8,86 м/с, пройдя дополнительно расстояние в 78,50 метров. Движущая сила при этом совершит полезную работу

Вариант 2.

Материальное тело все 17,72 секунды движется равноускорено, с ускорением 1 м/с2, при этом оно пройдёт путь S2 = 157,00 метра, разгонится до скорости V2 = 17,72 м/с, приобретёт количество движения m2 V2 = 17,72 кг·м/с и «кинетическую энергию» аж в m1 V1^2/2 = 157,0 кг·м^2/с^2, то есть вчетверо больше, чем в варианте № 1.

Созданная движущая сила при этом совершит полезную работу опять же вчетверо большую, чем в варианте № 1

Вот и получается обозначенный мной «энергетический парадокс» – следуя «современным» представлениям и самым простейшим формулам теоретической физики, при полном превращении приобретённого в результате свободного падения количества движения в импульс силы (как это следует из второго закона Ньютона) второе материальное тело, изображённое на рис. 1 в конечном итоге может совершить работу ВЧЕТВЕРО больше (см. рис. 3), чем оно имело начальную потенциальную энергию.

Но и это еще не всё!

При этом во втором варианте тело способно ВЧЕТВЕРО увеличить кинетическую энергию по сравнению с так называемой начальной «потенциальной энергией» имени Лейбница, которую имел шар до начала падения.

Это что же такое получается? Теоретическое обоснование вечных двигателей – вот оно, прямо перед нашим носом и лишь нерадивость Российской академии наук не позволяет использовать этот потрясающий, неисчерпаемый источник энергии?

Ведь четвёртую полученной кинетической энергии можно использовать (следуя нынешним формулам) для подъёма большого шарика массой 4 кг на высоту 1 метр, позволить ему упасть и снова получить 4-хкратное увеличение энергии? А полученные «из ниоткуда» ¾ энергии использовать для нужд народного хозяйства?

Я знаком с этим «энергетическим парадоксом» уже лет 30. Но все физико-теоретики, к которым я обращался с вопросами – в чем, собственно, дело? Как правильно разрешить этот парадокс?, смотрели на меня, как бараны на новые ворота. В конце концов я самостоятельно нашёл разгадку. 

А всех читателей, которые поняли смысл этого энергетического парадокса, я прошу рассказать о его существовании всем своим знакомым, всем школьникам и студентам, всем учителям и преподавателям физики, вплоть до академиков РАН. Я бы хотел, чтобы все, кто понял суть этого парадокса, спросили учителей, преподавателей и академиков – как же так? Как объяснить этот парадокс? Как его исправить? – потому что в настоящей нормальной науке никаких парадоксов быть не должно.

Я был бы очень рад, если бы читатели делились со мной идеями разрешения этого парадокса – наиболее интересные предложения я обязательно опубликую. Я уже опубликовал свой вариант разрешения этого парадокса.

<p><strong><a href=”https://blockads.fivefilters.org”></a></strong> <a href=”https://blockads.fivefilters.org/acceptable.html”></a></p>

Сегодня в СМИ