Пример 7.
Новая энергетика.
На практике очень часто встречается еще один частный случай применения обобщенного энергетического закона (6). Пусть в атмосфере Земли на высоте S=1км над поверхностью подвешен парашютист с раскрытым парашютом, общую массу которых будем считать близкой к массе (m) парашютиста. В начальный момент времени позволим парашютисту лететь с парашютом вниз.
За малый промежуток времени парашютист наберет постоянную конечную скорость Vк вследствие аэродинамического сопротивления воздуха на парашюте. Следовательно, почти все расстояние S=1км парашютист пролетит со скоростью Vк из-за равенства для него силы тяжести Fт и диссипативной силы сопротивления воздуха. В формуле (6) для полной работы силы тяжести величина DЕ будет равна :
DЕ = Ек - Ео = Ек = m Vк = const ,
причем в полной работе силы тяжести доля этой константы пренебрежимо уменьшается с увеличением продолжительности падения парашютиста.
И вообще, с момента достижения скорости Vк при равномерном движении за произвольный промежуток времени будет выполняться равенство Ат=А^ работы силы тяжести и работы силы сопротивления воздуха, препятствующей дальнейшему росту скорости падения. При этом работа Ат самая настоящая, т.к. сила тяжести буквально на своем горбу тянет парашютиста дальше вниз, преодолевая сопротивление воздуха (попробуйте личными усилиями поддерживать постоянную скорость бега по ровной дороге, когда у Вас в руках большой поперечный воздушный парус – и станет ясно, что подобное движение очень утомительно, а не происходит без усилий). Без реальной работы силы тяжести – оставшаяся в одиночестве сила сопротивления воздуха просто бы остановила парашют с седоком и сама обратилась бы в ноль. Пример 7 напоминает Пример 1 по равенству Ат=А^ в окончательном виде формулы (6) новой энергетики, но уже не при покоящемся теле, а здесь при равномерном движении тела.
Подавляющее большинство очевидных явлений, издавна наблюдаемых человеком, принадлежит случаю равенства А=А^ работы активной силы и работы (как физической величины) со стороны тормозящей силы при равномерном движении : так функционируют почти все механические устройства и машины, так происходит движение электронов в обычном проводнике с образованием электрического тока, и т.п. Не будем перегружать данный текст выводом производных формул новой энергетики в подобных случаях (см. Приложение 0). Отметим только, что вид этих формул повторяет общеизвестные формулы старой энергетики (но с существенными уточнениями в новой энергетике некоторых физических понятий из данных формул) :
A = F S ; N = F v ; U = m g h ; F = - Grad (U) .
В основном благодаря отмеченному родству, многие подходы и следствия старой энергетики всё же смогли более-менее адекватно отразить целый ряд явлений материального мира.
В то же время, во множестве задач ярко проявляется ошибочность основ методологии старой энергетики, что показано в представляемых материалах. В свою очередь новая энергетика, устанавливающая обобщенные энергетические законы материального мира, справедлива всегда, а иногда сводится к старой энергетике. Таким образом, старая энергетика – не полная и не окончательная истина, а является лишь частным случаем новой энергетики. Это положение неоднократно будет проиллюстрировано далее.
С первым постулатом (1) новой энергетики связан её третий фундаментальный постулат : совершая механическую работу с выделением энергии, некоторые силы требуют от их источника явного расхода энергии определенного вида, а некоторые силы реально существуют и действуют без расхода в них какой бы то ни было энергии или вещества-топлива, т.е. принадлежат к группе задарных сил материального мира. К последним относятся, например : сила упругости деформированного твердого тела и сила гравитационного притяжения - сила тяжести Fт=mg для предметов на Земле, которая к тому же всегда готова к сближающему разгонному перемещению тех новых предметов, что по очереди извне попадают в область её влияния ; т.е. сила тяжести непрерывно действует без всякого предварительного взведения для каждого следующего и предыдущего предмета (наоборот обязательное предварительное взведение путем постороннего вмешательства делает разгонно активной любую пружину при задарности самой силы упругости).
Третий постулат новой энергетики явствует из Примера 1 и аналогичных случаев баланса силы тяжести и другой активной, но не задарной силы. С одной стороны : если вдруг перестанет действовать на руку и предмет сила тяжести Fт , то напряженная рука человека выбросится с предметом вверх с начальным ускорением g. С другой стороны : если вдруг человек расслабит мышечное напряжение и перестанет поддерживать предмет (сделает силу напряжения руки Fр=0), то сила тяжести Fт заставит руку и предмет двигаться вниз с тем же начальным ускорением g. Как видим, действие сил Fр и Fт абсолютно тождественно динамически, но кардинально отличается энергетически по потреблению энергии. Сила Fр возникает при расходе энергии человеком, а сила тяжести Fт не вызывается и не сопровождается какими бы то ни было изменениями в собственных состояниях предмета в руке и в собственных состояниях Земли – всех участвующих тел, обладающих гравитационными массами и подчиняющихся закону всемирного задарного тяготения.
Похожая ситуация наблюдается в Примере 6. Пока тело лежит на поверхности Земли, его движение к центру Земли предотвращает задарная сила упругости земной коры. При поднятии тела на высоту 5м и при удержании тела на этой высоте в течение нужного времени работает активная незадарная вертикальная сила Fв благодаря расходу энергии в источнике силы Fв. Когда сила Fв перестает работать, и тело устремляется вниз, после падения тела на поверхность Земли опять начинает действовать задарная сила упругости земной коры. А сила тяжести Fт работает над телом всё время - миллионы лет до начала действия силы Fв, во время поднятия тела силой Fв на высоту 5м, во время удержания тела на высоте 5м, во время падения тела "по вине" силы тяжести на поверхность Земли, и потом в течение хоть бесконечного числа лет хоть с бесконечным числом повторений циклов падения тела. Т.е. для каждого предмета на Земле механическая работа (1) силы тяжести (Aт=Fт t) стремится к бесконечности. И при этом сила тяжести не требует для своего поддержания из века в век сжигания какого-либо топлива и ни от куда не высасывает энергию для своих нужд.
Отсюда видно, что третий постулат новой энергетики и многие другие доводы делают невозможным в новой энергетике формулирование в любом виде абсолютного закона сохранения энергии, составляющего наоборот основу (исходный и одновременно конечный пункт) старой энергетики. Новая энергетика допускает существование лишь частных законов сохранения энергии в материальном мире, например :
+ из анализа Примеров 3,4,5 следует вывод, что существует закон (5) сохранения суммарной кинетической энергии Е по формуле (4) применительно к замкнутой системе тел, двигающихся без трения и сопротивления. Закон (5) совпадает с общеизвестным законом сохранения импульса (или момента импульса). Этот закон имеет бесчисленные экспериментальные подтверждения. Но именно новая энергетика дает неформальное энергетическое объяснение объективности этого закона ;
+ также нельзя отрицать очевидные локальные превращения одних источников и видов энергии в другие виды энергии, в частности : превращение внутренней химической энергии сгорающего топлива в механическую энергию в соответствующем двигателе, превращение механической энергии в электрическую энергию в соответствующем генераторе, превращение электрической энергии во внутреннюю тепловую энергию в соответствующем нагревательном приборе, и т.д.
Но всё подобное – это не полное «всё», а лишь поверхностная лицевая грань данного нам многогранного бытия.