К энергии движущихся тел Дорогин А.Д.

К энергии движущихся тел
Дорогин А.Д.
Дорогин А.Д. К энергии движущихся тел
Дорогин Андрей Дмитриевич / Dorogin Andrey Dmitrievich – кандидат технических наук, доцент, г. Тюмень
Аннотация: актуальность выбранной темы обусловлена необходимостью создать теорию теплогенератора
Потапова. Такая теория построена. Показано, что существующие конструкции теплогенераторов
Потапова и других авторов работают не в том диапазоне температур и не достигают требуемой линейной
скорости вращения.
Abstract: relevance of the topic chosen due to the need to develop a theory of the heat generator Potapov. This theory
is based. It is shown that the existing design of heat generators Potapov and others do not work in the temperature
range and do not reach the required linear speed of rotation.
Ключевые слова: энергия, движущееся тело, скорость звука, скорость тела, вода, температура.
Keywords: energy, a moving body the velocity of sound, velocity of the body, the water temperature.
Движение тела в пространстве обычно происходит в некоторой среде заполняющей это пространство. При
воздействии тела на среду в ее веществе возникает возмущение, распространяющееся с конечной скоростью,
характерное для данного вещества. При электромагнитном взаимовоздействии возмущение распространяется
со световой скоростью, а при механическом – со звуковой скоростью.
По закону симметрии в физике среда пространства, в которой перемещается тело, в свою очередь
воздействует на вещество тела. В веществе тела распространяется возмущение с конечной скоростью в
зависимости от вида взаимодействия.
Математически, исходя из принципа относительности, процессы могут описываться в системе координат
как связанной со средой, в которой движется тело, так и с движущимся телом.
Эйнштейном А. было определено полное содержание энергии движущегося тела при электромагнитном
взаимодействии в виде [1]
E = m0С2 + m0v2,
(1)
где m0С2 – энергия покоя тела; m0v2 – кинетическая энергия тела; m0 – масса покоящегося тела; C –
скорость света; v – скорость движущегося тела.
Как известно [1], при постановке опыта Майкельсона-Морли по определению абсолютной скорости Земли
сквозь воображаемый «эфир» результат получился отрицательным.
Для объяснения отрицательного результата опыта, Лоренцом была введена гипотеза о том, что длина
движущегося тела в направлении движения l|| сокращается
l||=l0
,
(2)
где l0 – длина покоящегося тела.
Отсюда получили, что время прохождения света в движущемся приборе в направлении движения t|| и
перпендикулярно движению t_ одинаково:
t|| =
и t_ =
,
(3)
где L – расстояние между зеркалами в приборе в направлении движения и в перпендикулярном
направлении движения.
Если сделать анализ знаменателей формул (3), то видно, что они представляют собой выражение:
Cт = C
,
(4)
которое показывает снижение скорости распространения света в движущемся приборе (вместе с Землей) в
космическом пространстве.
Примем, что (1) и (4) соблюдаются во всех веществах (средах) движущихся тел, где возмущение
распространяется с конечной скоростью.
Далее рассматриваем механическое взаимодействие тел и сред. В этом случае в выражениях (1) и (4) под С
понимается распространение продольных звуковых волн.
В работе [2] показано, что скорость распространения звуковых продольных волн С в расплаве металла и
тензор упругих модулей СКМ металла в твердом состоянии связаны соотношением
С=
=
,
(5)
где К – объемный модуль упругости расплава металла; ρ – плотность расплава металла; n – количество
ненулевых компонент тензора CKM.
Из соотношений (5) имеем известную формулу расчета объемного модуля упругости для жидкости К
К = ρС2
(6)
Умножим левую и правую часть соотношения (6) на объем жидкости V
KV = ρVC2.
(7)
Справа в (7) ρV является массой вещества, которую в дальнейшем будем считать m0 – массой тела (среды)
в покое. Следовательно
KV = m0C2.
(8)
Сравнивая (8) с (1), можно записать
E0 = m0C2
(9)
и E0 трактовать как полное содержание энергии массы вещества в покое для механического взаимодействия
тел (сред).
Для движущегося тела (среды) имеем, по аналогии с (1), выражение для полной энергии механического
взаимодействия
E = m0C2
v2.
(10)
Благодаря имеющейся связи (5) твердого и жидкого состояния вещества выражение (10) определяет
полную энергию движущегося тела для механического взаимодействия.
В таблице 1 из работы [2] представлены металлы в порядке твердости по Моосу. Видно, что энергия покоя
1 м3 вещества соответствует шкале твердости по Моосу.
Таблица 1
Металл
Твердость по Моосу [3]
Плотность
ρ*103, кг/м3
Скорость звука в
расплаве, м/сек
Cu
Ag
Cd
Sn
Pb
Na
3.00
2.50
2.00
1.65
1.50
0.45
8.778
10.522
8.366
6.810
11.410
0.972
3270
2770
2236
2375
1700
2395
Энергия покоя
E*1010,
Дж/м3
9.386
8.073
4.183
3.841
3.297
0.558
Это обстоятельство позволяет ввести гипотезу о том, что тело движется в среде, пока полная энергия покоя
единичного объема тела до взаимодействия не будет равна полной энергии покоя единичного объема среды, то
есть
=
,
(11)
здесь
- масса покоя единичного объема среды;
- скорость распространения возмущения в среде; –
масса покоя единичного объема тела; - скорость распространения возмущения в теле.
Однако, с учетом (4) имеем:
=
.
(12)
Подставляя (12) в (11) имеем
=
=
.
(13)
Отсюда получаем, что скорость тела
v=
.
(14)
При скорости, определяемой выражением (14), тело перестает двигаться и выделяется энергия (возможно,
это выделение энергии носит взрывной характер). Сделаем теперь расчет выделяемой энергии.
Полная энергия покоя тела до взаимодействия со средой равна
=
.
(15)
Полная энергия покоя тела после взаимодействия со средой равна
,
(16)
или с учетом (12) имеем
=
(17)
Отсюда выделенная энергия равна
ΔE =
(18)
Из (18) видно, что часть энергии выделяется в виде кинетической энергии
, переходящей в тепло
при торможении, а вторая часть
- в виде тепловой энергии, накопленной при движении в среде.
Для примера рассмотрим вращательное движение в теплогенераторах. По формуле (18) был произведен
расчет для воды, для которой есть данные в литературе. В качестве среды была взята вода при температуре
00С. Движущимся телом также является вода массой 1 кг при различных температурах. Данные о скорости
звука и теплоемкости взяты из [4,5]. Для расчета скорости тела плотность воды в формуле (14) принята
одинаковой для среды и тела. Результаты расчета сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Темтура
Т0С
Скорость
звука,
м/сек
Энергия
покоя,
Е*106
Дж
Выделенная
энергия,
ΔЕ*105
Дж
Скорость
тела,
м/сек
Энергия
кинетическ.,
Теплоем.,
,
Дж/кг/К
Энергия
нагрева,
Q*105
Дж
Дополн.
энергия,
ΔQ*105
Дж
0
0.419
0.836
1.254
1.670
2.035
(2.090)
2.205
(2.511)
2.250
(2.936)
2.250
(2.936)
2.176
(3.754)
2.065
(4.229)
0
0.211
0.289
0.261
0.135
0
Дж
0
10
20
30
40
50
1403
1447
1481
1507
1526
1541
1.968
2.094
2.193
2.271
2.329
2.375
0
1.260
2.250
3.030
3.610
4.070
0
355.0
474.3
550.4
600.8
638.0
0
0.630
1.125
1.515
1.805
2.035
4.216
4.191
4.182
4.179
4.176
4.179
60
1552
2.409
4.410
664.1
2.205
4.185
70
1555
2.418
4.500
670.8
2.250
4.195
80
1555
2.418
4.500
670.8
2.250
4.203
90
1550
2.402
4.340
658.8
2.170
4.216
100
1543
2.381
4.130
642.6
2.065
4.229
0
0
0
0
0
Из расчетов видно, что дополнительная энергия выделяется в диапазоне температур 100С – 400С, если за
среду принимается вода при температуре 00С.
Например, при температуре 100С выделенная энергия составляет 1.260*105Дж, а кинетическая энергия
– 0.630*105Дж. Энергия нагрева (энергия поглощения тепла из среды) составляет 0.419*105 Дж.
Дополнительная энергия, которую тело поглощает из среды равна 1.260*105Дж – 0.630*105Дж – 0.419*105Дж =
0.211*105Дж.
При 700С выделенная энергия составляет 4.500*105Дж, а кинетическая энергия
составляет
2.250*105Дж. Энергия нагрева (энергия поглощения тепла из среды) 2.250*105Дж, что меньше, чем
необходимо сделать полный нагрев 2.936*105Дж (в таблице 2 эти значения указаны в скобках).
Дополнительная энергия, которую тело поглощает из среды, равна 4.500*105Дж–2.250*105Дж–2.250*105Дж = 0
Дж.
Эти два примера показывают, что работа затрачивается на поддержание кинетической энергии и отбор
тепла из среды. Однако, в первом случае, в диапазоне температур 100С – 400С при достижении скорости (14)
выделяется дополнительная энергия, поглощенная движущимся телом из среды, а во втором случае этого не
происходит, т.к. движущееся тело полностью не нагревается. Об этом свидетельствует вихревой эффект Ранке
для газа [6] и вихревой эффект Потапова для жидкости [6]. Конструкции аппаратов Потапова и других авторов
как раз показывают, что они работают не в том диапазоне температур и не достигают требуемой линейной
скорости вращения тела.
Литература
1. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т.1 и Т.2. М., 1976. 440 с.
2. Дорогин А.Д. О связи скорости распространения звуковых в расплаве с тензором упругих модулей металла
при комнатной температуре. // Физика твердого тела, том 32, №9, 1990, с. 2816-2818.
3. Справочник кадастр физических свойств горных пород. М., 1982. 280 с.
4. Скорость звука в воде в зависимости от температуры при атмосферном давлении. Рабочие среды –
свойства, обозначения. Инженерный справочник. Таблицы DPVA.info.
5. Свойства жидкой воды H20 зависимости от температуры: теплопроводность, вязкость динамическая,
теплоемкость изобарная, плотность. Рабочие среды – свойства, обозначения. Инженерный справочник.
Таблицы DPVA.info.
6. Потапов Ю.С., Фоминский Л.П., Потапов С.Ю. Энергия вращения. Кишинев. 2001. 384с.