авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«3. ФИЗИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ. Астахов Александр Алексеевич Alaa.ucoz.ru ...»

-- [ Страница 2 ] --

Ускорение вращательного движения в классической физике рассматривается по сути дела, как математическая оценка скалярной величины геометрического отклонения окружности от касательной, выраженное через ускорение по преодолению этого отклонения за минимальный интервал времени. Оценка отклонения окружности от касательной осуществляется через определение ускорения, которое потребовалось бы сообщить телу, движущемуся по касательной с постоянной линейной скоростью, для того чтобы преодолеть линейное отклонение точки на касательной от точки, движущейся все это время с реальным ускорением движения по реальной траектории. Другими словами классическое центростремительное ускорение численно равно ускорению по преодолению девиации вращательного движения.

Таким образом, классическое центростремительное ускорение это условное ускорение математической точки, движущейся по окружности по отношению к математической точке, синхронно движущейся с такой же линейной скоростью по касательной. Однако это только математическая модель образования центростремительного ускорения. В реальной действительности в каждом элементарном цикле образования вращательного движения нет ни движения по окружности с постоянной линейной скоростью, ни инерционного движения по касательной с такой же линейной скоростью. И отклонение от центра вращения, и движение к центру вращения происходит с линейным ускорением, направленным вдоль текущего положения вектора линейной скорости. Следовательно, если преодоление девиации происходит за счет центростремительного ускорения, то образование девиации происходит за счет центробежного ускорения.

Все противоречия классической модели вращательного движения связаны в основном с игнорированием силы инерции на том основании, что сила инерции в классической физике считается фиктивной силой, хотя реально сила инерции вместе с силой реакции связующего тела образует результирующую силу, определяющую вращательное движение в целом.

Результирующая сила образуется, независимо от того, какие силы участвуют в её формировании «фиктивные» силы инерции или «живые» силы взаимодействия реальных тел (см., главу 1 ИНЕРЦИЯ И СИЛЫ ИНЕРЦИИ). При этом полное ускорение вращательного движения проявляется в направлении именно результирующей силы, а не в направлении её составляющих. В направлении составляющих результирующей силы проявляются только составляющие полного ускорения.

Проекция результирующей силы на радиальное направление образует центробежную и центростремительную силы, которые вызывают центробежное и центростремительное ускорения соответственно. Центробежное и центростремительное ускорения характеризуют переход от движения по окружности к прямолинейному движению и обратно в соответствии с академическим понятием девиации с той лишь разницей, что и образование отклонения между академическим окружным движением и академическим движением по касательной и его преодоление происходит с реальным ускорением.

В период, когда в составе результирующей силы преобладает сила инерции, тело стремится сохранить прямолинейное движение, удаляясь от центра вращения, то есть с некоторой степенью приближённости осуществляется переход от движения по линии окружности к прямолинейному движению. С накоплением упругой деформации в составе результирующей силы начинает преобладать сила упругости, которая приводит к замедлению прямолинейного движения и отклонению линейной скорости в сторону центра вращения, что характеризует обратный переход к движению по линии окружности. После изменения направления линейной скорости в сторону центра вращения тело под действием силы упругости получает ускорение в новом направлении движения, что приводит к увеличению инерции прямолинейного движения тела в новом направлении и создает предпосылки для нового перехода к прямолинейному движению. Далее весь процесс циклически повторяется.

Количественно, как мы уже отмечали, классическое центростремительное ускорение совпадает со средним ускорением всех мгновенных ускорений проявляющихся в каждом полуцикле вращательного движения во всем диапазоне направлений, занимаемых мгновенными ускорениями. Но это не физическое линейное ускорение в направлении мгновенного центра вращения, а академическое ускорение, т.е. среднее обобщённое ускорение физического процесса преобразования движения по направлению. При этом среднее академическое ускорение реального вращательного движения не направлено на центр вращения. Его направление совпадает со средним направлением всех векторов линейной скорости в каждом законченном цикле вращательного движения, которое в свою очередь совпадает с направленным по касательной к усреднённой окружности вектором линейной скорости вращательного движения.

Таким образом, условное среднее направление ускорения и линейной скорости вращательного движения вдоль касательной к усреднённой окружности приобретает реальный физический смысл. Среднее направление этих векторов полностью определяет вращательное движение как физическое явление в целом, в отличие от классического центростремительного ускорения, которое является только одним из компонентов вращательного движения. Центростремительное ускорение является необходимым, но не достаточным условием осуществления вращательного движения, в котором проявляется также и центробежное ускорение. В процессе вращательного движения центростремительное и центробежное ускорение периодически сменяют друг друга в зависимости от преобладающего действия центростремительной или центробежной силы в составе результирующей силы вращательного движения.

Направленность классического центростремительного ускорения как ускорения вращательного движения непосредственно вдоль линии радиуса на центр вращения, в классической физике никак не обосновано и физически не доказано. В интервале времени близком к нулю (t=0) классическое центростремительное ускорение превращается в виртуальную величину, направление которой характеризует только направление виртуальной внешней силы реакции ещё до установления результирующей силы. Как только внешняя сила реакции перестает быть виртуальной, направление ускорения вращательного движения, как результирующего ускорения тела, не может определяться направлением одной только внешней силы, которая является лишь одной из составляющих результирующей силы.

Следовательно, реальное ускорение криволинейного движения, в том числе и ускорение равномерного вращательного движения никогда не будет направлено на центр вращения.

Направления всех физических величин в классической физике, в том числе и центростремительного ускорения, определены исключительно математическим путем как следствие достаточно условных, хотя может быть и логически правильных, но абстрактных математических приемов без малейшей связи с физикой явления. Как бы ни был мал интервал времени (t) при определении физических величин, он не может быть меньше времени, требующегося для осуществления физических механизмов формирования динамических физических величин и, тем более, не может быть равен нулю, т.к. при этом все логические математические построения теряют всякую связь с реальными физическими явлениями.

Величина классического разностного вектора с физической точки зрения никогда не равна приращению скорости по направлению даже в минимальном интервале времени дифференцирования, а его направление физически ничего общего не имеет с реальным направлением ускорения вращательного движения.

Все противоречия вращательного движения связанны с чисто математическим, условным подходом к вопросам вращательного движения. В классической физике движущееся по окружности тело рассматривается как материальная точка, а траектория её движения усредняется до геометрической окружности, без учёта реального физического механизма преобразования движения по направлению. Такой подход приводит к противоречивому с физической точки зрения математическому описанию вращательного движения. Выше подробно рассмотрены многочисленные противоречия классической модели вращательного движения, которые можно обобщить в едином списке:

Во-первых: за направление линейной скорости выбрано направление по касательной к окружности, что физически в классической физике никак не обосновано. По сути дела такое направление линейной скорости просто постулируется. Далее основываясь на этом постулате, делаются все остальные заключения.

С уменьшением интервала времени направление разностного вектора (V) между векторами линейной скорости, повернувшегося за это время на некоторый угол окружного линейного движения, приближается, прежде всего, к направлению перпендикулярному к вектору линейной скорости. И уже во вторую очередь, если условиться, что линейная скорость направлена по касательной к окружности, т.е. перпендикулярно радиусу, направление разностного вектора (V) будет приближаться к направлению на центр вращения.

Учитывая, что направление линейной скорости по касательной к окружности в классической модели вращательного движения по сути дела постулируется, направление центростремительного ускорения, как ускорения вращательного движения, основанное на этом факте, также можно считать постулатом.

Во-вторых: в классической модели вращательного движения разностный вектор, а вместе с ним и центростремительное ускорение могут быть направлены на центр вращения только при (t=0), когда какое-либо ускорение отсутствует в принципе. Однако при (t=0) можно определить только направление статических внешних сил приложенных к телу, равнодействующая которых укажет направление ускорения только будущего прямолинейного движения. Естественно, что вращательное движение таковым не является.

Поэтому направление центростремительной силы упругости не определяет ускорение вращательного движения.

В-третьих: поскольку радиальное движение в существующей модели вращательного движения классической физикой отрицается, то в радиальном направлении должно существовать реальное статическое равновесие сил, которое невозможно объяснить с учётом фиктивной силы инерции. Такое равновесие может наступить, только если допустить, что на движущееся по окружности тело в противоположных радиальных направлениях действуют «обычные» силы. Однако одного только статического равновесия сил недостаточно для движения по окружности. При статическом равновесии сил в соответствии с первым законом Ньютона тело может двигаться только равномерно и прямолинейно или покоиться.

В условиях статического равновесия невозможно объяснить изменение направления линейной скорости в соответствии с изменением положения касательной в каждой точке окружности, т.е. невозможно объяснить и само движение по окружности.

В-четвертых: единственной силой, удерживающей вращающееся тело при удалении его от центра вращения, является сила упругости связующего тела, уравновешивающая силу инерции прямолинейного движения тела. Сила упругости, направленная к центру вращения, в свою очередь, может появиться только в результате деформации связующего тела при удалении вращающегося тела от центра вращения под действием силы инерции. А для того чтобы тело неограниченно не приближалось к центру вращения после изменения направления движения в сторону центра вращения под действием силы упругости, она должна в определённый момент времени снова смениться противоположной по направлению силой инерции. Следовательно, линейная скорость, как минимум, не всегда должна быть направлена по касательной к окружности.

Для образования деформации, вызывающей изменение направления движения и для разрядки деформации после изменения направления на определенный угол вектор линейной скорости должен отклоняться от среднего равновесного положения вдоль касательной, как в ту, так и в другую сторону, в результате чего должна присутствовать радиальная составляющая движения. В отсутствии радиального движения, отсутствует и радиальная скорость, а значит, не может быть и приращения радиальной скорости, т.е. не может быть ни центростремительного, ни центробежного ускорения.

В классической модели вращательного движения, когда линейная скорость неизменно направлена по касательной к окружности, не может возникать никакого ускорения в радиальном направлении, в том числе и центростремительного ускорения.

В-пятых: периодическое изменение направления линейной скорости предполагает периодическое изменение величины и направления реального ускорения вращательного движения, которое по всем законам физики должно совпадать с реальным направлением активного движения в каждый момент времени, поскольку именно ускорение под действием вызывающей его силы определяет направление активного движения.

В направлении центра вращения может проявляться только одна из составляющих полного ускорения вращательного движения, которое формируется под воздействием результирующей силы при сложении силы реакции и силы инерции. Другая радиальная составляющая результирующей силы обеспечивает центробежное ускорение. Причём, поскольку соотношение сил в процессе движения по окружности постоянно изменяется, направление и величина полного ускорения, а, следовательно, и величина центростремительного и центробежного ускорений, которые являются проекциями полного ускорения на радиальное направление, не может оставаться постоянной.

В классической модели вращательного движения центростремительное ускорение, как ускорение вращательного движения, постоянно по величине и всегда направлено перпендикулярно линейной скорости, что противоречит законам физики для активного движения под действием результирующей силы, не направленной к центру вращения.

В-шестых: современная модель вращательного движения не дает физического представления, каким образом обычное линейное центростремительное ускорение может являться ускорением равномерного движения по окружности, поскольку одно только классическое центростремительное ускорение не обеспечивает движения по окружности.

Траектория движения под действием внешней силы, неизменно направленной перпендикулярно линейной скорости равномерного и прямолинейного движения не только не является окружностью, но и вообще не является замкнутой криволинейной траекторией (см. Рис. 3.2.1).

Эти противоречия не находят объяснения в классической модели вращательного движения.

Классическая модель вращательного движения не объясняет ни направления линейной скорости, ни того факта, почему за направление вращательного движения принимается по сути дела направление внешнего воздействия на вращающееся тело со стороны связующего тела. При этом остается нераскрытым и сам механизм вращательного движения.

Несколько по-иному подходит к вопросам вращательного движения Жуковский Н. Е.

«Теоретическая механика» издание второе. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ ТЕХНИКО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ МОСКВА-ЛЕНИНГРАД 1952 г. При определении полного ускорения криволинейного движения Жуковский Н. Е. пользуется понятием годографа. Он доказывает теорему о том, что скорость соответственной точки годографа линейной скорости есть не что иное, как полное ускорение материальной точки, движущейся по криволинейной траектории (см. фотокопии ниже стр. 41).

Мы не совсем согласны с некоторыми деталями приведенного доказательства теоремы.

Логические построения безупречны с точки зрения математики, но на наш взгляд они не достаточно аргументированы с физической точки зрения. Равенство проекций на одни и те же оси само по себе вовсе не означает равенства проецируемых векторов. Для этого проецируемые вектора должны быть, как минимум одинаково ориентированы в пространстве по отношению к соответствующим осям координат, доказательства чего в теореме отсутствуют. И вообще, на наш взгляд, доказательства этой теоремы не требуется. Все и так достаточно очевидно и вытекает из определения годографа, о чем мы говорили выше. Ведь никто не пытается доказывать теорему о том, что скорость соответственной точки годографа в прямолинейном движении геометрически равна ускорению прямолинейного движения!

В прямолинейном движении это достаточно очевидно. В криволинейном движении это не столь очевидно, но суть приращения скорости криволинейного и прямолинейного движения одна и та же. Тем не менее, мы не оспариваем справедливость самого смысла теоремы, как пути определения ускорения, причем любого движения, а не только криволинейного. Это полностью совпадает с нашим представлением об ускорении вращательного движения, как о линейной скорости соответственной точки годографа. Если скорость соответственной точки годографа есть не что иное, как полное ускорение материальной точки, движущейся по криволинейной траектории, то совокупность всех точек годографа есть не что иное, как приращение скорости криволинейного движения за счет полного ускорения в течение времени (t).

Жуковский рассматривает общий случай произвольного криволинейного движения, поэтому дифференцирование для определения полного ускорения оправдано, т.к. ускорение в таком случае является величиной переменной, причём не только по направлению. При равномерном же вращательном движении дифференцирование лишь обнажает перечисленные нами выше противоречия классической модели вращательного движения.

Эти противоречия не разрешены и у Жуковского. Хотя математическое выражение для полного ускорения получено Жуковским на основании понятия годографа линейной скорости, тем не менее, центростремительное ускорение, как ускорение вращательного движения по Жуковскому определяется как проекция на нормаль полного ускорения криволинейного движения без учета особенностей непосредственно вращательного движения.

В случае неравномерного криволинейного движения противоречия понятия центростремительного ускорения несколько менее заметны, чем при равномерном вращательном движении. Действительно, в общем случае криволинейного движения под действием внешней силы линейная скорость может быть переменной не только по направлению, как в равномерном вращательном движении, но и по величине. При этом наличие линейного центростремительного ускорения, как проекции на нормаль полного ускорения, не вызывает возражений, т.к. скорость движения вдоль нормали и расстояние до геометрического центра кривизны в неравномерном криволинейном движении не может не изменяться.

При равномерном вращательном движении по Жуковскому полное ускорение движения трансформируется в центростремительное ускорение. Математически все получается достаточно просто (см. ниже стр. 45 первоисточника формула (41)). При равномерном вращательном движении с классической точки зрения величина линейной скорости постоянная, следовательно, прирост скорости (dV) в формуле (41) равен нулю. Тогда полное ускорение равно центростремительному ускорению, а сила Р превращается в центростремительную силу, которая уравновешена силой инерции Q. Но в таком случае как мы показали выше центростремительное ускорение должно быть равно нулю. Кроме того, нормальная составляющая ускорения по изменению направления является только одной из составных частей ускорения вращательного движения.

Таким образом, хотя Жуковский определяет ускорение криволинейного движения через годограф скорости, физическая сущность ускорения направления остаётся у него не раскрытой. В конечном итоге ускорение равномерного вращательного движения по Жуковскому сводится к классическому варианту центростремительного ускорения со всеми его неразрешенными противоречиями.

Классическая схема действия сил при равномерном вращательном движении не раскрывает механизма возникновения и направления центростремительного ускорения. Да и полное ускорение неравномерного криволинейного движения нуждается в обосновании. Жуковский не приводит объяснение, каким образом гипотетическая сила (Р) обеспечивает движение по криволинейной траектории (АВ). Ведь для этого необходим механизм постоянного изменения направления силы (Р). У Жуковского сила (Р) - академическая. По-видимому, он имел в виду силу или воздействие, которое в данном случае неважно по каким причинам заставляет тело двигаться по заданному закону. Жуковского, скорее всего, больше интересовала математическая, т.е. количественная сторона вывода формулы полного и центростремительного ускорения в данных условиях, а не физическое обоснование механизма вращательного движения.

Мы не согласны и с определением Жуковским центробежной силы, как силы фиктивной.

Являясь, безусловно, «компонентом предполагаемой силы инерции», центробежная сила не более фиктивная, чем гипотетическая сила (Р). Ведь не только сила инерции, но и любая другая сила, в том числе и сила (Р), проявляется только во взаимодействии тел. И если есть сила (Р), то есть соответственно и сила инерции (Q) или центробежная сила, которая проявляется во взаимодействии с силой реакции связующего тела. Тем более что силой инерции следует считать и «обычную» силу, с которой движущееся по окружности тело воздействует на связующее тело (см. главу 1. ИНЕРЦИЯ И СИЛЫ ИНЕРЦИИ).

Во вращательном движении немало неразрешенных вопросов. Что такое и как образуется центробежная сила? Что такое и как образуется центростремительное ускорение в отсутствии движения к центру? Как происходит поворот вектора линейной скорости? И некоторые другие... Математика безупречная наука при операциях с числами, но физические величины это не числа, и их свойства не зависят от математических приемов. Мы согласны, что в современной физике без математики не обойтись, но физические величины должны быть, прежде всего, обоснованы физически и только после этого описаны математически. Иначе это будет не физика, а «занимательная математика».

Математическая физика, в которой суть физических явлений определяется лишь по результатам строго логических, но абстрактных математических преобразований, несколько отличается от собственно физики. Теории, построенные на основе математической физики далеки от реальной физики, и все больше подвергаются критике современной науки. Пример такой теории – знаменитая теория относительности ОТО и СТО Эйнштейна, а также квантовая механика. По нашему мнению полученные в таких теориях правильные математические соотношения это беда современной физики, потому что они создают иллюзию правильности тупиковых с точки зрения физики теорий.

Мы не хотим подвергать ревизии математическую составляющую теории вращательного движения. Все физические величины и соотношения теории вращения, выраженные в формулах, количественно верны, кроме ускорения Кориолиса, по нашему мнению, о чем пойдёт речь ниже. Мы хотели бы в меру своих возможностей уточнить физический смысл явления, в том числе: направления вектора линейной скорости и направления реального ускорения вращательного движения. Это может внести ясность в решение многих прикладных задач, связанных с вращением.

В современной модели вращательного движения классическое понятие центростремительного ускорения не обосновано физически и не раскрывает механизм вращательного движения. По-видимому, противоречивость основных понятий вращательного движения в академической науке вызвано тем, что движение материальных тел рассматривается как движение материальной точки в отрыве от реальных физических процессов, протекающих в реальных телах при их взаимодействии.

Наша точка зрения на примерный механизм преобразования прямолинейного движения во вращательное, которое является элементом любого криволинейного движения, а так же на механизм возникновения центробежной силы пояснена ниже в главе 3.3. МЕХАНИЗМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПО НАПРАВЛЕНИЮ.

3.3. МЕХАНИЗМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПО НАПРАВЛЕНИЮ.

Для образования вращательного движения тело должно иметь инерцию прямолинейного движения. Необходимо разогнать покоящееся тело (В) до какой-то скорости прямолинейного движения (Vп), которая в дальнейшем в процессе преобразования прямолинейного движения во вращательное движение приобретет значение линейной скорости вращения (Vл).

Движущееся прямолинейно тело соединим связующим телом с центром вращения. Пусть центр вращения зафиксирован в пространстве, чтобы не смешивать при рассмотрении вращательного движения непосредственно вращение и прямолинейное движение. В противном случае тело получит оба вида движения.

Рис. 3.3. На Рис. 3.3.1 условно изображены пять фаз процесса изменения направления движения тела (В) во вращательном движении: начало цикла преобразования, середина цикла преобразования, окончание цикла преобразования и по одной фазе в каждом полуцикле преобразования движения. Фазы обозначены римскими цифрами (I,II,III,IV,V). В первой фазе происходит «захват» движущегося прямолинейно со скоростью прямолинейного движения (Vп) тела (В) связующим телом. В этот момент инерция движения тела максимальна, а сила реакции связующего тела минимальна. В фазах с первой по третью расстояния (А) и (С) увеличиваются (см. Рис. 3.3.1, 3.3.2), т.к. тело удаляется от центра будущего вращения.

Поскольку тело имеет некоторую протяженность в направлении линейной скорости, то расстояния (А) и (С) от центра вращения до крайних точек тела расположенных на линии движения всегда разные. Причем расстояние (С) всегда больше расстояния (А).

Следовательно, передняя по ходу движения часть области сопряжения растягивается сильнее, чем задняя, что соответствует изгибу. Таким образом, в связующем теле постепенно накапливается упругая деформация двух видов. Это растянутая деформация, образующаяся за счет общего удлинения связующего тела и изгибная деформация, образующаяся за счет разницы расстояний (А) и (С).

Растянутая деформация распределяется равномерно по всей длине связующего тела.

Изгибная деформация накапливается в основном непосредственно в области сопряжения тела со связующим телом, т.е. сосредотачивается преимущественно в некотором ограниченном объеме. Границы деформации условно обозначены на рисунке 3.3.2 разным цветом. В левой части области деформации (синий цвет) накапливается «малое» растяжение, в то время как, в правой части (голубой цвет) – большее растяжение.

Рис. 3.3. Движение тела от центра вращения в радиальном направлении происходит в условиях нарастающего противодействия силы упругости, что приводит к общему замедлению линейного движения. Однако за счет увеличения угла изгиба () проекция линейной скорости на радиальное направление некоторое время увеличивается, что обеспечивает опережающий прирост силы инерции в радиальном направлении и соответственно ускоренное радиальное движение от центра вращения (о силах инерции см. главу 1. ИНЕРЦИЯ И СИЛЫ ИНЕРЦИИ).

Последнее утверждение нуждается в дополнительных пояснениях, т.к. с точки зрения классической физики равномерное и прямолинейное движение не может ассоциироваться с ускоренным перемещением ни в одном из попутных направлений.

С точки зрения классической физики на начальном этапе образования вращательного движения тело в некотором приближении движется равномерно и прямолинейно. При этом в фиксированном угловом положении радиуса соответствующем максимальному удлинению связующего тела расстояние между телом и центром вращения также увеличивается равномерно. Однако это справедливо только в том случае, если тело движется относительно неподвижного центра, не взаимодействуя с ним, а проекция линейной скорости определяется вдоль фиксированного радиального направления. В реальной действительности взаимодействие со связующим телом осуществляется в каждом текущем радиальном направлении, соответствующем текущему положению тела на траектории первоначального равномерного и прямолинейного инерционного движения. В результате в радиальном направлении проявляется реальная центробежная сила, что эквивалентно движению тела с центробежным ускорением.

Для пояснения нашей точки зрения необходимо вначале уточнить понятие силы. Как известно, сила определяется произведением массы на ускорение. Существует даже официальное мнение, что силу энергетически определяет именно ускорение. В произведении массы и ускорения массе отводят роль некоего постоянного коэффициента при изменяющемся ускорении, т.к. неподвижная или движущаяся равномерно и прямолинейно масса не порождает никакой силы. В связи с этим одним из альтернативных взвешиванию методов измерения массы является определение массы через силу и ускорение. Однако поскольку сила является продуктом взаимодействия физических тел, то материальной основой силы является, прежде всего, все-таки масса. Тем более что сила характеризуется не только ускоренным линейным перемещением массы, но и статическим напряжением материальных тел, когда их масса в целом остается неподвижной.

С этой точки зрения силу можно охарактеризовать как скорость изменения количества массы в заданной неподвижной области пространства в единицу времени, что не противоречит общепринятому определению силы. Движущаяся с постоянной скоростью изменяющаяся во времени масса определяет силу не в меньшей степени, чем движущаяся с ускорением постоянная масса. И это не математическая абстракция, т.к. из этого следует, что если в какой-либо ограниченной области пространства прирастает масса, то это эквивалентно проявлению силы и соответственно ускорения в направлении, в котором прирастает масса.

Сила это, прежде всего, мера изменения энергии, а энергия и соответственно ее изменение, как известно, связано не только с изменением скорости однонаправленного движения физических тел, т.е. не только с их линейным ускорением, но и с упругим напряжением, возникающим с изменением массы в ограниченном объеме пространства.

Предложенная интерпретация силы ничем принципиально не отличается от классического определения силы через ускорение. Однако на наш взгляд это более общее, т.е. более полное определение силы, которое в отличие от классического определения дает некоторое представление, в том числе и о статическом силовом воздействии. Так если объем замкнутый, то ограничивающее его тело испытывает статическую нагрузку. При одностороннем ограничении сила проявляется в направлении, в котором осуществляется ограничение. В этом случае сила может быть измерена через ускорение, которое приобретает ограничивающее тело. Однако за счет явления инерции любое ускорение в некотором приближении, тем не менее, начинается со статического силового воздействия.

Как показано на рисунке 3.3.3 после захвата тела его масса в период накопления упругой деформации за счет инерции прибывает в радиальном направлении от центра вращения, оказывая при этом силовое воздействие на связующее тело и деформируя его в этом направлении. Таким образом, связующее тело ограничивает объем пространства, в котором может двигаться тело в направлении от центра вращения. Поэтому приращение массы в ограниченном связующим телом пространстве с радиальной протяженностью (R) обеспечивает центробежное ускорение фактически за счет равномерного и прямолинейного инерционного движения тела, как ни странно это выглядит с классической точки зрения.

Рис. 3.3. Распространение энергии свободного движения осуществляется в главном направлении движения, т.е. в направлении максимальной скорости движения в абсолютной системе координат. Существуют также условно-математические направления распространения энергии свободного движения, в которых скорость движения определяется, как проекция скорости главного движения. Однако реальное изменение направления распространения энергии инерционного движения осуществляется только при взаимодействии физических тел, т.е. при возникновении или ограничении главного движения. При одностороннем ограничении в зависимости от направления инерционного движения и направления ограничения движения, ускорение проявляется по-разному. Механизм перераспределения энергетических потоков при ограничении движения можно пояснить на примере механизма отражения.

После захвата тела (см. Рис. 3.3.4) его первые элементарные массы получают отрицательное ускорение в прямом направлении в основном за счет компенсации перпендикулярной к текущему положению связующего тела составляющей скорости его первоначального прямолинейного движения. При этом в радиальном направлении появляется некоторая продольная по отношению к связующему телу составляющая первоначальной скорости, которая на начальном этапе достаточно мала. Последовательно присоединяемые элементарные массы частично восстанавливают движение уже присоединенных масс в первоначальном направлении и одновременно сообщают им дополнительный продольный импульс в радиальном направлении. Хотя тангенциальная скорость каждого присоединяемого элемента уменьшается, ее проекция на радиальное направление растет, т.к. угол между вектором тангенциальной скорости и радиусом уменьшается.

По мере присоединения элементов тела к связующему телу концентрация массы в радиальном направлении в сторону, противоположную центру вращения увеличивается, что можно ассоциировать с центробежным ускорением за счет равномерного и прямолинейного движения тела по инерции со скоростью (Vп). При этом эффект центробежного ускорения обеспечивается цепочкой последовательных взаимодействий, которые осуществляются в точках, только пространственно соответствующих ускоренному радиальному удалению тела от центра вращения, т.к. они не связаны с конкретным движущимся с ускорением именно в этом направлении физическим телом Рис. 3.3. Каждое новое подключение очередного массового элемента тела к связующему телу противодействует повороту вектора линейной скорости уже присоединенных элементов к центру вращения и таким образом некоторое время удерживает все тело в целом на линии первоначального движения. Если поворот вектора скорости тела характеризуется центростремительным ускорением, то анти поворот, т.е. противодействие повороту в условиях непрерывно возрастающего противодействия силы упругости связующего тела эквивалентен проявлению центробежного ускорения, т.к. анти поворот осуществляется в направлении противоположном центру вращения. Это означает, что в границах естественно геометрического удаления тела от центра вращения при его условно прямолинейном и равномерном движении вдоль первоначального направления реальное центробежное ускорение как минимум некоторое время нейтрализует центростремительное ускорение.

Таким образом, нормальная скорость во вращательном движении не просто пассивно проецируется на радиальное направление в готовом виде, а затем вдруг сразу начинает уменьшаться под действием центростремительного ускорения, как это следует из классической модели вращательного движения на этапе его образования, а реально прирастает за счет последовательного подключения новых элементов тела. Это свидетельствует о реальном проявлении центробежного ускорения на этом этапе. Во всяком случае, ни о каком чисто инерционном удалении тела от центра вращения, движущегося равномерно и прямолинейно в тангенциальном направлении, не может быть и речи, т.к. в процессе этого на первый взгляд исключительно пространственно-геометрического ускоренного удаления в радиальном направлении тело преодолевает реальную силу упругости связующего.

Речь может идти только об инерционном движении по прямой, т.е. о не удалении тела от прямолинейной траектории его первоначального инерционного движения за счет равновесия сил упругости и инерции. Причем инерционное движение предполагает неизменность линейной скорости по абсолютной величине. Однако в данном случае движение по прямой обеспечивается за счет перераспределения инерции прямолинейного движения в радиальном направлении от центра вращения, что препятствует силе упругости связующего тела, направленной к центру вращения. При этом линейная скорость в первоначальном тангенциальном направлении уменьшается, а кинетическая энергия тела обеспечивает прямолинейное тангенциальное движение с центробежным ускорением в радиальном направлении. Таким образом, никакого инерционного удаления вращающегося тела от центра вращения реально не существует.

Ошибка классической физики в определении ускорения вращательного движения состоит в том, что она рассматривает вращающееся тело как физическую точку. Вся кинематика, и все классические законы механического движения основаны на движении математических и физических точек. Движение физической точки по прямолинейной траектории под действием не скомпенсированной боковой силы естественно не возможно, т.к. в этом случае движение должно осуществляться по параболе. Однако ни одно физическое тело не является физической точкой. Поэтому сложное движение физического тела необходимо рассматривать на уровне взаимодействия и движения его внутренних структур.

Некоторая парадоксальность, заключающаяся в кажущемся нарушении первого закона Ньютона, возникает только вследствие того, что он сформулирован для материальной точки.

Однако механизм образования центробежного ускорения на рисунке 3.3.4 в принципе показан с учетом законов взаимодействия и движения обычных физических тел в виде физических точек только на уровне внутренней структуры вращающегося физического тела. Поэтому ничего парадоксального и противоречивого в нем нет.

Роль равномерного и прямолинейного инерционного движения сводится только к тому, что за счет него очередной массовый элемент подключается к взаимодействию в каждой текущей точке на радиусе, пространственно соответствующей его ускоренному удлинению, что хотя и удерживает все тело на прямолинейной траектории, но одновременно обеспечивает и эффект центробежного ускорения. Конечно же, по отношению к прямолинейной траектории тангенциального движения тела центробежное ускорение характеризует статическую центробежную силу. Однако это не меняет сути дела, т.к. статические силы также характеризуются ускорением. Во всяком случае, центробежная сила в точности соответствует реальному ускоренному удалению тела от центра вращения.

Поскольку очередной элемент, тем не менее, прибывает в точку взаимодействия по инерции, то центробежная сила имеет инерционную природу и проявляется только на уровне обычных взаимодействий составных частей тела, как обычная сила упругости связующего тела, которую традиционно принято считать центростремительной. И только после присоединения к связующему телу последнего массового элемента вращающегося тела начинается его реальное торможение в радиальном направлении, а затем и обратное теперь уже реальное центростремительное ускорение.

В главе 1.2. отмечалось, что, как это ни парадоксально, ускоренное движение действительно осуществляется при среднем равновесии прямой силы и силы инерции. По третьему закону Ньютона сила инерции в среднем равна по абсолютной величине прямой силе. Однако энергия взаимодействия через мировую материальную среду распределяется между взаимодействующими телами таким образом, что прямая сила всегда опережает силу инерции по фазе, за счет чего и происходит ускоренное движение каждого из взаимодействующих тел.

Неподвижный центр вращения эквивалентен бесконечно большой массе. Поэтому, несмотря на последовательно осуществляющиеся по ходу инерционного движения в тангенциальном направлении поддерживающие взаимодействия, которые на первый взгляд должны обеспечивать эффект опережающего по фазе действия силы инерции, прямая сила упругости в каждом из них всегда опережает по фазе силу инерции. В результате начиная с самого первого взаимодействия, тангенциальная скорость всех массовых элементов последовательно уменьшается, что вызывает уменьшение средней скорости тела в первоначальном направлении в целом.

Точно также сила упругости действует и на уже присоединенные к радиусу элементы тела.

Однако в радиальном направлении за счет ускоренного естественно-геометрического удаления каждого последующего взаимодействия от центра вращения сила упругости замедляет не скорость радиального движения, а только ее прирост. Таким образом, в радиальном направлении реально проявляется эффект опережающего по фазе действия силы инерции, что эквивалентно радиальному движению от центра вращения с центробежным ускорением, хотя и затухающим по мере нарастания силы упругости и увеличением количества уже присоединенных к радиусу элементов.

В абсолютной системе координат движение тела в любую из сторон от первоначальной прямолинейной траектории действительно отсутствует. Однако ничего парадоксального в проявлении центробежного ускорения нет, даже если рассматривать его в абсолютной системе координат. Точно также проявляется, например, ускорение свободного падения при горизонтальном движении вдоль поверхности Земли в отсутствие движения к центру тяготения или от него. В конце концов, в классической модели, центростремительное ускорение также проявляется в отсутствие радиального движения.

Более того, несмотря на движение тела в целом по прямолинейной траектории, центробежная сила, противодействующая силе упругости, реально движется с центробежным ускорением от центра вращения вместе с последовательно возникающими взаимодействиями в соответствии с естественно-геометрическим удалением прямолинейной траектории первоначального движения, а движение силы эквивалентно движению массы с соответствующим ускорением. Таким образом, на рассматриваемом этапе для вращающейся системы осуществляется, если и не механическое перемещение всего тела в целом вдоль направления перпендикулярного прямолинейной траектории первоначального движения, то, как минимум, реальное распространение энергии в направлении от центра вращения.

Классическая схема образования центростремительного ускорения с учетом неизменной по величине линейной скорости математически полностью обратима. В зеркально симметричном относительно вертикальной оси отображении классической схемы основное возражение классической физики против существования центробежного ускорения с математической точки зрения можно с не меньшими основаниями выдвинуть и против существования центростремительного ускорения.

При соответствующей линейной скорости равномерного и прямолинейного движения естественно-геометрическое сближение тела с центром вращения в зеркальной схеме может быть таковым, что даже заранее растянутое связующее тело не окажет на движущееся прямолинейно тело никакого силового воздействия и соответственно не сообщит ему никакого реального центростремительного ускорения. То есть если ускорение естественно геометрического сближения тела с центром вращения будет равно реальному ускорению, которое может сообщить ему деформированное определенным образом связующее тело, то возникнет иллюзия отсутствия теперь уже центростремительного ускорения.

Однако не следует забывать, что для того чтобы обеспечить реальное равенство естественного сближения и центростремительного ускорения линейная скорость псевдо инерционного движения по прямой не может оставаться постоянной. Поэтому естественно геометрическое псевдо движение вращающегося тела в абсолютной системе координат и в прямой и в зеркальной схеме сопровождается реальным центробежным и центростремительным ускорением соответственно. Таким образом, классическая схема образования центростремительного ускорения, как ускорения вращательного движения физически несостоятельна.

Сторонники классической физики утверждают, что как только мы присоединили очередной элемент тела к связующему телу, его следует рассматривать как элемент связующего тела. Поэтому с точки зрения классической физики центробежная сила действует не на вращающееся тело, как показано на (Рис. 3.3.4), а на связующее тело. Однако это уже не физика, а довольно некорректная попытка современной физики, отрицающей реальность сил инерции сохранить лицо при их реальном проявлении с помощью абстрактных математических допущений, не имеющих никакого отношения к реальной действительности.

Во-первых, реальное удлинение связующего тела свидетельствует о том, что, по крайней мере, по отношению к связующему телу проявляется вполне реальная центробежная сила и центробежное ускорение, что противоречит утверждению классической физики о фиктивности сил инерции. Фиктивная сила не может превратиться в «обычную» силу, если в соответствии с концепцией классической физики ее вообще не существует в природе. Это главное противоречие классической механики.

Во-вторых, связующее тело не может ускоряться в радиальном направлении от центра вращения без причины. Источником силы, безусловно, является вращающееся тело, во взаимодействии с мировой материальной средой. При этом, как показано выше, материальная среда, противодействуя возрастающей силе упругости, если и не способствует поступательному продвижению тела в перпендикулярном первоначальному движению направлении, то, как минимум некоторое время сохраняет прямолинейное движение тела в первоначальном направлении. Таким образом, за счет центробежной силы инерции обеспечивается центробежное ускорение количественно соответствующее естественно геометрическому радиальному удалению тела от центра вращения (см. Рис. 3.3.4).

Можно, конечно же, не рассматривать распространение центробежной силы внутри вращающегося тела, как движение самого тела. Однако в любом случае это однозначно свидетельствует об опережающем по фазе действии силы инерции вращающегося тела по отношению к силе упругости связующего тела и распространении энергии вращающейся системы от центра вращения. На рисунке 3.3.4 воздействие центробежной силы для наглядности привязано к текущему присоединенному элементу. Однако можно привязать ее воздействие и к центру масс уже присоединенных элементов. При этом центр масс движущегося в данном случае прямолинейно вращающегося тела, как минимум, не приближается к центру вращения и его по ряду причин вряд ли будет правильным считать продолжением связующего тела.

Реально центробежная сила, зарождающаяся внутри вращающегося тела, приложена к неподвижному центру вращения. Поэтому гораздо правильнее рассматривать каждый элемент связующего тела, как самостоятельное вращающееся тело, но не наоборот. Тогда вся совокупность вращающихся тел представляет собой единое разнородное вращающееся тело, а роль связующего тела выполняют его внутренние упругие связи. Совершенно очевидно, что в такой схеме реальная сила упругости, а не фиктивная центробежная сила последовательно прикладывается к каждому вращающемуся телу, кроме последнего на максимальном радиусе.

Если учитывать бесконечность деления материи, то вопрос о последнем вращающемся теле является скорее философским. Гораздо важнее разрешить вопрос о механизме поддержания равномерного и прямолинейного движения энергии в мировой материальной среде, который в современной физике остается открытым. На данном же этапе следует вести речь о разнонаправленных в радиальном направлении потоках движения энергии в замкнутой вращающейся системе. Причем об этом свидетельствует сам факт превращения кинетической энергии во вращательном движении в потенциальную энергию и обратно.

Есть множество реально наблюдаемых фактов, подтверждающих реальное действие центробежной силы и проявление центробежного ускорения. Например, вращение в вертикальной плоскости ведра с водой, которая не выливается при прохождении верхней вертикальной точки круговой траектории, несмотря на то, что с классической точки зрения центробежная сила инерции для тела является фиктивной. С точки зрения классической модели вращательного движения этот факт не поддается непротиворечивому объяснению, т.к.

фиктивная, т.е. не существующая сила не может противостоять вполне реальной силе тяготения, действующей на воду в ведре и на само ведро.

Классическая физика решает этот вопрос формально, - абстрактно-математическим методом. Каждый массовый элемент воды, точно также как и само ведро, при присоединении к связующему телу с классической точки зрения становится элементом связующего тела. При этом получается, что в верхней точке круговой траектории центробежная сила удерживает воду в ведре от выливания, но уже не как вращающееся тело, а как элементы связующего тела.

Однако в этом случае из вращающейся системы по сути дела изымается само вращающееся тело, которое таким образом в классической физике фактически по «щучьему велению»

превращается в связующее тело.

Причем в отсутствие вращающегося тела не может быть и центростремительного ускорения, поскольку ему просто нечего ускорять, а связующему телу нечего связывать с центром вращения, т.е. связующее тело также отсутствует. Но это означает, что отсутствует и само вращательное движение. Для спасения классической модели вращательного движения остается только предположить, что в классической модели вращающееся тело одновременно существует сразу в двух ипостасях, как непосредственно вращающееся тело и как связующее тело, что также не имеет физического смысла! Ведь именно в классической физике связующее тело академически рассматривается как невесомая, а значит и нематериальная абстрактная связка вращающегося тела с центром вращения. Гораздо более логично предположить, что именно элементы связующего тела являются вращающимися телами, чем наоборот.

Еще более наглядно несостоятельность классической модели вращательного движения проявляется в небесной механике, в которой с точки зрения классической физики, не признающей мировую материальную среду - эфир, связующее тело как бы и вовсе отсутствует в материальном мире. Поэтому вращающееся небесное тело при присоединении к связующему телу должно попросту исчезнуть из материального мира, превратившись в нематериальное связующее тело! Даже если современная физика готова признать материальность носителей поля тяготения, то вращающееся небесное тело, как минимум должно превратиться в полевую структуру, что в любом случае исключает его из категории физических тел. Таким образом, классическая модель вращательного движения абсолютно несостоятельна.

Единственно правильный выход из этой тупиковой ситуации, на наш взгляд, заключается в том, что во вращательном движении вращается сама материя. Однако на каком бы уровне деления матери не происходило вращение, каждая частица материи это все-таки некое физическое тело (материальное образование), которое так или иначе связано с мировой материальной средой. Поэтому центробежные силы инерции это реальные силы, которые действуют на физические тела (или просто материальные образования) со стороны мировой материальной среды, которая представляет собой такую же материю только на еще более высоком уровне ее деления.


Как известно силы возникают только при взаимодействии материальных тел. Поэтому с классической точки зрения в отсутствие мировой материальной среды центробежная сила инерции не может действовать на материальное тело. Однако нельзя отрицать и очевидное.

Силы инерции через мировую материальную среду, хоть и косвенно, но вполне реально проявляют себя в материальном мире, что порождает двойственное отношение к ним даже в классической физике (см. главу 1.1).

Силы инерции обеспечивают некую связь физических тел с мировой материальной средой, противодействуя изменению их состояния движения и поддерживая текущее состояние движения. Силы инерции не обнаруживается для физических тел в целом, только потому, что проявляются на уровне элементарных носителей массы практически синхронно для каждой из них и становятся осязаемыми только при выходе их на уровень обычных взаимодействий.

Скорее всего, силы инерции, зарождающиеся в мировой материальной среде, через вращающееся тело взаимодействуют с центростремительной силой, в среднем нейтрализуя ее на некотором энергетическом уровне, что обеспечивает возможность осуществления вращательного движения. Причем поскольку эти противоположные силы связаны с перемещением в пространстве, то вращательное движение не может осуществляться в отсутствие радиального движения в противоположных направлениях, даже если это движение осуществляется на микроуровне.

Поэтому только объединение в общей схеме классической прямой схемы вращательного движения и ее зеркального отображения, являющегося ее непосредственным продолжением и естественным дополнением, позволяет непротиворечиво объяснить физический механизм преобразования движения по направлению с учетом реальности сил инерции. В классической же физике вращательное движение осуществляется по сути дела по «щучьему велению».

Движение по окружности с линейной, а не «криволинейной» скоростью может осуществляться только вдоль сторон многогранника, описанного вокруг круговой траектории или вписанного в окружность, какими бы малыми не были стороны этого многогранника, и каким бы не было их количество. Причем в соответствии с односторонней прямой и зеркальной схемами с учетом постоянства линейной скорости, вдоль сторон многогранника должно осуществляться только равномерное и прямолинейное движение по инерции. При этом классический поворот вектора линейной скорости в отсутствие радиального движения происходит в вершинах многогранника, как в математической точке, не имеющей геометрических размеров практически мгновенно, что не соответствует действительности, т.е.

по сути дела по «щучьему велению».

Из сказанного следует, что на этапе накопления деформации в фазах с первой по третью во вращающейся системе проявляется вполне реальное центробежное ускорение, обеспечиваемое за счет инерции первоначального прямолинейного движения тела, в том числе и по отношению к самому телу (Рис. 3.3.1;

3.3.2). Однако по мере роста силы упругости скорость нарастания деформации снижается. Кроме того, удаление тела от центра вращения и увеличение угла () приводит к уменьшению скорости прироста разницы расстояний (А) и (С), что кроме общего замедления линейного движения тела приводит к уменьшению изгибающего момента.

В фазе III процесс накопления деформации заканчивается. При этом угол () и радиальная составляющая линейной скорости перестают увеличиваться. Сила реакции достигает своего максимального значения при минимальной силе инерции линейного движения тела. На фоне уменьшения изгибающего момента резко возрастает разгибающий момент, который запускает общую разрядку деформации. На рисунке 3.3.4 максимальный разгибающий момент обозначен в виде разной абсолютной величины векторов линейной скорости (Vл6).

Под действием силы упругости начинается обратный процесс, обеспечивающий ускоренное движение тела, как в тангенциальном, так и в радиальном направлении к центру вращения что приводит к проявлению центростремительного ускорения и восстановлению скорости линейного движения тела. В пятой фазе сила инерции вновь приобретает максимальное значение, в то время как сила реакции вновь становиться минимальной. На этом полный цикл преобразования движения по направлению в соответствии с равномерным вращательным движением заканчивается, после чего весь процесс повторяется уже в новой точке окружности.

Таким образом, центробежная и центростремительная силы, вызывающие соответствующие ускорения, это радиальные составляющие результирующей или суммарной линейной силы (Fл), являющейся геометрической суммой силы инерции и силы реакции, проявляющихся в период накопления и в период разрядки деформации соответственно.

Рис. 3.3. На Рис. 3.3.5 схематично показано образование центробежной силы (Fр) и центростремительной силы реакции (Fрр) в период накопления упругой деформации.

Результирующая сила (Fл), проявляющаяся в направлении вектора линейной скорости (Vл) раскладывается на радиальную (Fр) и тангенциальную (Fт) составляющие. Радиальная составляющая результирующей силы и есть центробежная сила, которая сообщает телу центробежное ускорение.

В период накопления упругой деформации сила инерции и все ее составляющие являются прямыми силами. В соответствии с третьим законом Ньютона ответные силы – сила реакции растянутой и изгибной деформации связующего тела (Fрл), сила реакции тангенциальная (Fрт) и сила реакции радиальная (Fрр) равны по абсолютной величине прямым силам.

Однако это вовсе не означает, что тело находится в статическом равновесии.

Как показано в главе 1. ИНЕРЦИЯ И СИЛЫ ИНЕРЦИИ взаимодействие распространяется во взаимно противоположных направлениях с одинаковой силой, что отражено в третьем законе Ньютона. Тем не менее, как показано выше, в фазе накопления упругой деформации, в радиальном направлении сила инерции опережает по фазе силу упругости. Поэтому на этапе накопления упругой деформации сила инерции обеспечивает ускоренное удаление тела от центра вращения за счет уменьшения энергии инерционного движения и соответственно замедления тангенциального движения. На этапе разрядки деформации прямыми силами являются силы упругости. Поэтому тело ускоряется как в тангенциальном, так и в радиальном направлении.

Как мы уже отмечали, механизм работы сил упругости при вращении аналогичен механизму отражения движущегося прямолинейно тела от отражающей поверхности с учетом особенностей вращательного движения. При взаимодействии с отражающей поверхностью сила упругости противодействует, прежде всего, перпендикулярной к плоскости отражающей поверхности составляющей скорости движения тела. Когда перпендикулярная скорость полностью скомпенсирована силой упругости отражающей поверхности, происходит «короткое скольжение тела вдоль поверхности», которое провоцирует высвобождение энергии деформации. Сила упругости сообщает телу перпендикулярную скорость в обратном направлении, которая складывается с оставшейся неизменной продольной скоростью. При этом результирующая скорость возрастает до первоначальной величины, но уже в новом направлении. Наконец, после полной разрядки деформации тело отделяется от отражающей поверхности и продолжает движение с прежней по величине скоростью, но уже в новом направлении.

Это, конечно же, упрощённое, схематичное представление физического механизма отражения. Фактически никакого продольного скольжения без трения при взаимодействии тела с отражающей поверхностью быть не может. Скорее всего, при взаимодействии тела с отражающей поверхностью образуются определённые зоны деформации, в том числе и изгибной, которые за счёт взаимодействия силы упругости и силы инерции сообщают телу ускоренное движение в направлениях, соответствующих описанной выше схеме образования вращательного движения.

Во вращательном движении роль перпендикулярной составляющей скорости движения к поверхности отражения играет радиальная составляющая скорости тела (Vр). Но в отличие от однократного «отражения», где перпендикулярная составляющая скорости тела постоянна и обусловлена первоначальным взаимным угловым расположением вектора скорости и плоскости отражающей поверхности, радиальная составляющая скорости тела в каждый момент времени разная как по величине, так и по угловому положению относительно вектора линейной скорости.

В период накопления деформации с увеличением угла () радиальная составляющая скорости движения тела увеличивается, т.к. увеличивается проекция скорости движения тела на геометрический радиус переносного вращения. Происходит, как мы уже отмечали, опережающий рост инерции движения тела в радиальном направлении. С увеличением изгиба одновременно возрастает центробежная сила, создающая вращающий момент, плечом которого является перпендикуляр, опущенный из центра изгиба на линию действия центробежной силы. При этом плечо действия центробежной силы также увеличивается, а, следовательно, возрастает и вращающий разгибающий момент центробежной силы. Таким образом, увеличивающаяся с ростом угла () инерция радиального движения начинает препятствовать росту изгибной деформации. К тому же с увеличением угла () снижается рост изгибающего момента, т.к. уменьшается прирост разности расстояний (А) и (С).

Возрастающий разгибающий момент силы упругости сначала сравнивается по величине с уменьшающимся изгибающим моментом силы инерции, а затем начинает превышать его, что запускает процесс разрядки изгибной деформации. Разрядка изгибной деформации начинается в середине III фазы и является своего рода «спусковым крючком» для общей разрядки деформации. В период разрядки деформации с уменьшением угла () начинается движение тела центру вращения. При этом его линейная скорость за счет силы упругости связующего тела увеличивается.


Накопление упругой деформации происходит на разных направлениях в соответствии с изгибом связующего тела. Соответственно высвобождение силы упругости накопленной деформации, спровоцированное разгибающим моментом, происходит в обратной последовательности. Таким образом, структура накопленной деформации обеспечивает эффект «веера отражений», т.е. каждое «отражение» осуществляется в новом направлении, все более приближающемся к касательной некоторой промежуточной окружности с радиусом, лежащим в диапазоне удлинения связующего тела (см. Рис. 3.3.6).

Рис. 3.3. В конце цикла разрядки деформации в V фазе угол () вновь становится равным нулю, как и в первой фазе в начале цикла накопления деформации. При этом линейная скорость тела направлена по касательной к некоторой окружности, радиус которой больше длины связующего тела в момент захвата вращающегося тела. Далее тело вновь начинает удаляться от центра вращения с частично восстановленной скоростью линейного движения, в результате чего начинается новый цикл преобразования движения по направлению, но уже на новом энергетическом уровне. Причины неполной разрядки деформации и неполного восстановления линейной скорости заключаются в следующем:

Образование установившегося вращательного движения во многом определяется жесткостью связующего тела. Если жесткость связующего тела недостаточна, то при радиальном удалении тела от центра вращения преобладает растянутая деформация связующего тела. В этом случае поворот движения в сторону центра вращения происходит только после того как значительная часть инерции первоначального прямолинейного движения оказывается скомпенсированной в виде радиальной составляющей движения за счёт силы упругости растянутой деформации и большая часть инерции движения тела переходит в потенциальную энергию растянутой деформации.

При этом инерция и соответственно линейная скорость движения тела в тангенциальном направлении после его поворота в сторону центра вращения уменьшатся до величины, недостаточной для удержания тела за счет центробежной силы на круговой траектории с достигнутым после разрядки изгибной деформации радиусом. В этом случае под действием силы упругости растянутой деформации, вобравшей в себя большую часть кинетической энергии движения тела начнется его движение к центру вращения по криволинейной траектории значительно отличающейся от круговой.

При определенной линейной скорости и коэффициенте упругости связующего тела, оно может вообще не приобрести необходимую для образования изгибной деформации жесткость. В этом случае на некотором удлинении связующего тела инерция движения окажется полностью скомпенсированной.

Вся кинетическая энергия тела перейдет в потенциальную энергию растянутой деформации, а тело полностью остановится в точке соответствующего удлинения связующего тела. С началом разрядки деформации начнется обратное движение тела в сторону центра вращения по прямолинейной траектории, близкой к радиальному направлению. Вместо движения по окружности начнутся беспорядочные колебания тела относительно неподвижного центра по непредсказуемой ломаной траектории.

Таким образом, равномерное движение по окружности может осуществляться только при достаточной жесткости связующего тела, которая за счет изгибной деформации обеспечивает поворот тела в сторону центра вращения с минимальными потерями кинетической энергии линейного движения. При этом жесткость связующего тела определяется его механическими свойствами и растягивающей силой инерции, обеспечивающей напряженно деформированное состояние связующего тела.

На начальном этапе образования вращательного движения (см. Рис. 3.3.6) связующее тело удлиняется от недеформированного состояния с начальной длиной (Lн) до максимального удлинения (Lmax), соответствующего максимальной деформации связующего тела. В напряженно деформированном состоянии связующее тело приобретает дополнительную жесткость. Поэтому каждый последующий поворот тела в сторону центра вращения происходит с меньшими потерями тангенциальной скорости и соответственно на меньшем удлинении радиуса. Так будет происходить до тех пор, пока не установится оптимальное сочетание диапазона изменения жесткости связующего тела и диапазона изменения его линейной скорости. После достижения оптимального сочетания этих параметров тело начнет двигаться вокруг центра вращения с постоянным средним радиусом и постоянной средней линейной скоростью (Vл).

В установившемся вращательном движении минимальное и максимальное удлинение связующего тела приобретают некоторые постоянные значения (Rmin) и. (Rmax) соответственно. При этом минимальный радиус установившегося вращательного движения (Rmin) определяется некоторой постоянной составляющей остаточной деформации связующего тела, которая обеспечивает ему необходимую жесткость для осуществления вращательного движения с определенными параметрами.

Таким образом, часть кинетической энергии движения тела с первоначальной скоростью (Vп) переходит в потенциальную энергию остаточной деформации связующего тела, обеспечивая ему оптимальную жесткость. Поэтому первоначально накопленная деформация связующего тела разряжается не полностью, а средняя линейная скорость вращательного движения всегда меньше первоначальной скорости прямолинейного движения (Vп).

На рисунке (3.3.6) упрощенно показаны только три фазы установления радиуса вращательного движения (Lmax, R1 и R2), после которых сразу же показано установившееся вращательное движение со средним радиусом (Rср). В реальной действительности переходной процесс может содержать значительно большее количество промежуточных переходных циклов, однако в смешанном масштабе их достаточно сложно изобразить графически. Поэтому на рисунке (1.4.6) изображена только принципиальная схема начального этапа установления вращательного движения, а его установившаяся кинематика на микроуровне показана условно.

Более детально, хотя опять же условно из-за трудностей совмещения масштабов, установившееся вращение принципиально показано на рисунке (3.3.7), на котором видно, что в процессе осуществления вращательного движения тело совершает колебательные движения в радиальном направлении относительно некоторой усредненной окружности (красный цвет), которая и определяет общую кинематику вращательного движения.

Рис. 3.3. Таким образом, реальная траектория вращательного движения представляет собой сложную кривую, пересекающую некоторую усредненную окружность со средним радиусом (Rср). При этом вращательное движение представляет собой колебательное движение, в котором вращающееся тело совершает колебания в радиальном направлении, а величина линейной скорости изменяется по гармоническому закону. Причем на начальном этапе образования вращательного движения размах колебаний может достигать достаточно большой величины, которая может обнаруживаться даже на макроуровне.

Многие сторонники классической модели вращательного движения выдают этот начальный процесс за полный и исчерпывающий механизм образования вращательного движения. Причем колебания на начальном этапе образования вращательного движения считаются в классической физике побочными.

Однако с установлением равномерного вращательного движения колебания никуда не исчезают, т.к.

физические принципы преобразования движения по направлению не зависят от масштаба пространственного перемещения материи. После установления равномерного вращения амплитуда колебаний уменьшается, а их частота увеличивается. Поэтому на макроуровне колебательный процесс преобразования движения по направлению не обнаруживается, а все параметры равномерного вращательного движения имеют некоторые усредненные значения.

Поскольку среднее значение линейной скорости и радиуса установившегося вращения имеют постоянную величину, то среднее ускорение вращательного движения на макроуровне в соответствии с его общей кинематикой должно быть равно нулю не только в тангенциальном, но и в радиальном направлении. Однако классическая физика неизменно связывает вращательное движение с центростремительным ускорением. Существуют две основные причины, по которым, на наш взгляд, ускорение вращательного движения в классической физике ассоциируют именно с линейным центростремительным ускорением, направленным на центр вращения.

Во-первых: во вращательном движении происходит отклонение траектории прямолинейного движения тела в сторону центра вращения.

Однако отклонение в сторону центра вращения ещё не означает движения непосредственно на центр вращения. Физическое центростремительное ускорение действительно проявляется во вращательном движении. Однако, как показано выше, оно периодически сменяется таким же по величине центробежным ускорением. Таким образом, радиальное ускорение вращательного движения с одинаковыми основаниями можно считать как центростремительным, так и центробежным ускорением. В классической модели вращательного движения за направление ускорения принимается по сути дела одно из равноправных радиальных направлений, в котором проявляется реальное ускорение вращательного движения, что является одним из противоречий классической модели вращательного движения.

Направление к центру вращения центростремительного ускорения, как ускорения вращательного движения не имеет физического смысла. В направлении центра вращения проявляется лишь проекция реального ускорения вращательного движения, причем, только в период разрядки упругой деформации связующего тела. В период образования упругой деформации, т.е. в период «инерционного» удаления тела от центра вращения проявляется центробежное ускорение. Активная сила упругости связующего тела, безусловно, является одной из причин изменения направления прямолинейного инерционного движения. Однако полное мгновенное ускорение вращательного движения проявляется в направлении результирующей силы, которая складывается из активной силы упругости связующего тела и не менее реальной силы инерции прямолинейного инерционного движения вращающегося тела.

Реальное мгновенное направление ускорения направления совпадает с мгновенным направлением вектора линейной скорости. Однако поскольку активная сила упругости по фазе изменения направления всегда опережает силу инерции, то результирующая сила неизменно отклоняется в сторону центра вращения, формируя общую макро кинематику вращательного движения. Таким образом, классическое центростремительное ускорение характеризует не реальное физическое ускорение, а постоянное геометрическое искривление траектории равномерного движения по окружности в зависимости от абсолютной величины скорости движения вдоль окружности и радиуса окружности.

Постоянное геометрическое искривление траектории равномерного движения по окружности имеет размерность и геометрический смысл линейного ускорения, которое по абсолютной величине соответствует обобщенному академическому ускорению одного полуцикла вращательного движения. Однако линейное центростремительное ускорение не определяет физический механизм изменения движения по направлению. Тем не менее, в реальной действительности только центростремительное ускорение в отличие от центробежного ускорения и тангенциальных ускорений в прямом и обратном направлении имеет реальное физическое подтверждение, заключающееся во вполне ощутимом и поддающемся измерению проявлении центробежной силы.

Это самая весомая причина, по которой ускорение вращательного движения в классической физике ассоциируют именно с линейным центростремительным ускорением, направленным на центр вращения.

Итак, во-вторых: ускорение направления ассоциируют с центростремительным ускорением в связи с перегрузкой, возникающей при движении тела по круговой траектории и совпадающей по направлению с центробежной силой инерции.

Перегрузка это нарушение внутреннего равновесного состояния физических тел под воздействием внешней силы. Количественную оценку перегрузки в современной физике связывают с ускорением, за счет которого и происходит нарушение внутреннего равновесного состояния физических тел. Если элементарные носители массы физического тела под воздействием внешней силы одновременно приобретают одинаковые ускорения в одном и том же направлении, то для физического тела в целом перегрузка отсутствует. В этом случае для физического тела в целом осуществляется по сути дела безинерционное движение с любым ускорением.

Таким образом, одним из условий образования перегрузки является несинхронное ускорение структур образующих физическое тело под действием «обычных» сил, обусловленное силами инерции. Однако перегрузка может не обнаруживаться не только на фоне синхронного ускорения структур, образующих физическое тело, но и на фоне кратковременных ускорений, которые не приводят к «ощутимому» нарушению структуры физического тела. Элементарные носители массы первого порядка, приходящие в движение синхронно могут в свою очередь состоять из элементарных носителей массы второго порядка, которые приходят в движение не синхронно. При этом перегрузка для физического тела в целом может не обнаруживаться, если его внутренняя структура, определяющаяся, прежде всего, элементарными носителями массы первого порядка, окажется не нарушенной.

Поэтому вторым важнейшим условием образования перегрузки является существенное нарушение внутренней структуры физического тела вследствие несинхронного ускорения его составных частей. Напряжения, испытываемые телом на уровне элементарных носителей массы второго порядка, могут привести к существенному нарушению структуры физического тела только после выхода этих напряжений на уровень структуры физического тела первого порядка вследствие разрушения структур второго порядка. Из физики известно, что силы, действующие на уровне элементарных частиц значительно больше сил, образующих структуру физических тел в целом. Поэтому практически любые перегрузки на микроуровне, не приводящие к разрушению микроструктур для физического тела в целом не обнаруживаются (отсутствуют).

Поскольку на сегодняшний день вопрос о первокирпичиках материи и о количестве уровней деления материи в современной физике является открытым, ограничимся рассмотрением явления перегрузки во вращательном движении только на уровне условных элементарных носителей масс первого порядка, условно считая их неделимыми первокирпичиками материи.

Для того чтобы разрешить противоречия связанные с понятием перегрузки во вращательном движении, направленной, как принято считать в современной физике, в направлении вектора фиктивной центробежной силы инерции и ускорением направления, которое по нашему мнению совпадает с направлением вектора линейной скорости вращательного движения, следует непротиворечиво ответить на два основных вопроса:

Во-первых, почему отсутствует перегрузка вдоль линии окружности (тангенциальная перегрузка), если ускорение направления совпадает с направлением вектора линейной скорости?

А во-вторых, почему при проявлении равных по абсолютной величине и по времени действия центростремительных и центробежных ускорений в каждом цикле преобразования движения по направлению, перегрузка во вращательном движении всегда направлена в сторону вектора фиктивной с точки зрения современной физики центробежной силы инерции.

Мы предлагаем следующее разрешение этих противоречий:

Во вращательном движении небесных тел, связанных между собой силой тяготения перегрузка, как известно не проявляется. Сила тяготения, и сила инерции предположительно воздействуют на физическое тело на уровне элементарных носителей массы. Поэтому во вращательном движении небесных тел независимо от преобладания в составе результирующей силы в каждый текущий момент времени либо силы инерции, либо силы тяготения любые изменения линейной скорости элементарных носителей массы, как по величине, так и по направлению происходят синхронно. При этом нарушения внутренней структуры физического тела не происходит, что эквивалентно отсутствию перегрузки, как в радиальном, так и в тангенциальном направлении. Как известно, сила тяжести проявляется только в том случае, когда силе тяготения препятствует не сила инерции, а внешняя сила. Точно также, по всей видимости, происходит и в том случае, когда в связанном вращении внешняя сила упругости препятствует силе инерции.

В жестко связанном механическом вращении на уровне элементарных носителей массы проявляется только сила инерции. Сила упругости связующего тела воздействует на вращающееся физическое тело посредством внешних механических связей между элементарными носителями массы, что приводит к внутренним деформациям физического тела. Поэтому единственным фактором, существенно нарушающим внутреннее равновесное состояние физического тела, движущегося по окружности за счет жесткой механической связи с центром вращения, является обусловленная остаточной деформацией связующего тела постоянная (средняя) составляющая силы упругости, которая ограничивает в среднем инерционное движение вращающегося тела путем изменения его направления. Таким образом, в радиальном направлении на движущееся по окружности тело в обычном масштабе времени действует по сути дела «статическая» (средняя) сдавливающая или растягивающая сила, которая и воспринимается как перегрузка.

В тангенциальном направлении статическое напряжение отсутствует. При этом динамическая перегрузка в тангенциальном направлении проявляется очень кратковременно. Как отмечалось выше, к перегрузке приводят только существенные изменения внутренней структуры физического тела на молекулярном уровне. При кратковременных колебаниях внешней силы даже значительной величины, при которых взаимодействие элементарных носителей массы не выходит за некоторые ограниченные пределы межмолекулярных связей перегрузка для физического тела в целом может не обнаруживаться. Таким образом, во вращательном движении, в котором вращающееся тело жестко связано с центром вращения реально наблюдается только радиальная статическая перегрузка в направлении от центра вращения в отсутствие в среднем какого-либо итогового радиального перемещения.

Точно так же, например, существует сила тяжести в поле тяготения Земли, количественно характеризующаяся ускорением свободного падения в отсутствии какого-либо реального движения в сторону центра Земли, когда тело покоится на неподвижной в радиальном направлении опоре. Совершенно очевидно, что никакого реального физического ускорения в направлении центра Земли покоящееся на опоре тело при этом не испытывает, однако считается, что на тело, тем не менее, действует перегрузка в 1g. И наоборот при свободном падении в поле тяготения любое материальное тело не испытывает ни малейших перегрузок, хотя движется ускоренно, точно так же как и движущиеся по орбите в обоих радиальных направлениях тела в небесной механике. Это делает ускоренное движение, осуществляющееся на уровне элементарных носителей массы сопоставимым с инерционным движением, т.е. с движением по инерции.

Таким образом, обязательным условием отсутствия перегрузки во вращательном движении является либо относительное соответствие амплитуды и периода колебаний элементарных масс условию внутреннего равновесного состояния тел, либо синхронное воздействие сил на каждый элемент массы. Эти условия являются общими для любого вращательного движения, в том числе и для движения по окружности физических тел, связанных с центром вращения жесткой механической связью. Если условие синхронности действия сил на элементарные массы, не выполняется или величина амплитуды и периода колебаний элементарных масс не удовлетворяет условию внутреннего равновесного состояния движущегося по окружности тела, то во всех направлениях, противоположных такому воздействию должна возникать перегрузка.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.