Фундаментальные законы физики

50

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Многие века человечество выдумывало как бы сделать понятие мира попроще…. И возможно ли вывести общие законы, способные описать процессы происходящие в окружающем мире. На самом деле в процессе познания мира человечество занималось усложнением системы понятия о мире.

В настоящее время существует десятки разделов физики, в которых выведены свои законы и приняты свои определения и понятия. Которые не как не могут сопоставляться с законами из других разделов физики. Изучив один раздел физики, нам приходится полностью «переучиваться» при изучении другого раздела. Неужто, мир, окружающий нас, настолько сложный и разобщенный??? Если предположить, что материя однообразна и в этой материи запасена энергия, то можно предположить, что появление энергии в материи (независимо от ее природы) происходит по одним и тем же законам. Данные законы должны описывать процессы во всех видах материи и энергии. Почему этот вопрос решается сегодня. На протяжении столетий создано немало теорий и концепций, разработанных и проверенных на практике. Чего стоит механика Ньютона!!! Ученые разрабатывали теории и описывали законы исходя из реалий современности, и решали задачи своего времени. Нужно отдать им должное и принять, что их теории являются гениальнейшими работами. В настоящее время информационное поле настолько расширилось и усложнилось, что не только изучение разных разделов физики вызывает осложнение, но и специалисты, практики испытывают трудности при работе с разными разделами…. Что ведет к путанице и не пониманию сущности физических процессов. Встает задача упрощения физической модели мира. На мой взгляд, - это задача выполнимая. Выведем гипотезу, если имеется единство материи и энергии, то все физические процессы можно описать с помощью единых обобщенных законов. И если знать такие обобщающие законы, то понять любую область физики с её основными законами будет очень легко.

К тому же применив обобщенные законы к новым, не открытым, разделам физики можно без труда предсказать новые явления или закономерности в этой области.

1. Виды энергии: активная, реактивная, потенциальная и кинетическая

1.1 Род энергии: электрическая, механическая, тепловая

В данной книге я предлагаю вам совместно доказать данную гипотезу, или вы можете ее опровергнуть, или вы ее дополните и выведете свои законы.

Не зависимо от того, что вы сделаете, я буду очень рад. В первом случае я найду единомышленников и подтверждение своей правоты, во втором просто будет понятно, что данное направление ошибочно. Вы сможете написать такую же книгу, и наука пойдет по другому, более правильному направлению.

Гипотеза: материя и энергия, не зависимо от их рода, взаимодействуют по одним и тем же единым обобщенным законам.

Цель: вывести обобщенные законы физики для описания процессов проявления энергии в материи независимо от рода энергии. Напомню, что под родом энергии я понимаю такое разделение: механическая энергия, электрическая энергия, тепловая энергия, магнитная энергия и прочие.

Основные понятия. Введём основные понятия, на которых будут базироваться наши дальнейшие рассуждения.

Время t. Время есть постоянно увеличивающаяся величина. Причем её увеличение всегда линейно. Любые явления, изменения и действия происходят за некоторое время. Поэтому в формулах, где стоит время, как правило, подразумевается разница между началом и концом явления.

Энергия E. Основное понятие физики есть Энергия. Дословно с греческого «энергия» переводится как «действие», «деятельность». Энергия - это мера или способность действия, движения или изменения материи. Полная энергия E изолированной системы есть величина постоянная. Полная энергия равна сумме разного рода энергий, таких как механическая, электрическая, тепловая и другие. Каждый раздел физики изучает свой род энергии, её поведение и взаимодействие с другими родами энергий. Поэтому, основа всего - это энергия. Энергия одного рода может преобразовываться в энергию другого рода. Причем сумма значений энергий, участвующих в преобразовании, не изменяется. Неизолированная система может обмениваться своей энергией с внешней средой. При преобразовании энергии изменяются свойства системы. Такое изменение свойств называется Действием. Если что-то совершает какое-то действие, то это вызывает преобразование энергии. Таким образом, Энергия - это величина количества Действия, или - это величина количества изменения материи. Далее просто будем говорить «энергия».

Показатели Энергии - обобщенное напряжение и обобщенный заряд. При совершении Действия над материей, материя изменяется и сопротивляется своему изменению. Поэтому у Действия есть два основных свойства: величина изменения состояния материи и величина сопротивления материи этому Действию или этому изменению. Величину сопротивления материи назовем обобщенным напряжением U (о-напряжение), а количество изменения состояния материи назовем изменением обобщенного заряда q (о-заряд). Таким образом, состояние материи есть обобщенный заряд q. Если у материи есть напряжение, значит, материя находится в неустойчивом состоянии и в любом подходящем случае она старается своё состояние изменить так, чтобы напряжение стало равно нулю. Однако заряд материи при этом изменении может не пропасть. Вообще состояние материи есть неуничтожимый показатель - материя всегда имеет некоторое состояние, пока эта материя существует. Значит, обобщенный заряд, как показатель состояния материи, является неуничтожимым. Вдобавок, обобщенный заряд есть величина скалярная, то есть не имеет направления. Обобщенное напряжение материи так же имеет свои особые черты - это величина векторная, то есть оно всегда имеет направление и всегда существует между двумя точками материи (но не между состояниями материи) одновременно. Разные состояния материи возможны только в разные моменты времени.

Обозначения в формулах и тексте

Все величины обобщенных законов будем называть с приставкой о- , и в формулах выделять подчеркиванием.

Изменение величины обозначается значком «дельта»:

Малое изменение величины (производная) обозначается значком “d” перед символом величины. Например dt, dU, dU/dt. Используется для создания более точных формул, однако суть формул не меняет. Например, электрический ток

I = q/t = q/t = dq/dt.

Доказательство гипотезы

Итак, доказательство гипотезы о том, что есть единые обобщенные законы, которые для всех разделов физики едины, начнем с изучения законов в электрофизике.

1.2 Электрическая энергия, электрический заряд и электрическое напряжение

В электрофизике электрическая энергия есть функция от двух величин: электрического заряда и электрического напряжения. Электрический заряд (q; Кулон) есть скалярная физическая величина, служащая для оценки интенсивности электромагнитного взаимодействия заряженных частиц, в то время как электрическое напряжение (U; Вольт) есть векторная величина, равная отношению работы, совершаемой суммарным полем сторонних и кулоновских сил при перемещении электрического заряда на участке электрической цепи, к величине этого заряда. Электрическая энергия вычисляется по формуле:

(1) E = U * q, (Джоуль = Вольт*Кулон),

Электрический ток

Величина, описывающая протекание электрического заряда за единицу времени есть электрический ток

(2) I=dq/dt (Ампер = Кулон/Секунда).

Электрическая мощность

Электрическая мощность P преобразования электрической энергии есть энергия E преобразованная за время t:

(3) P=E/t = q*U/t = I*U (Ватт=Джоуль/секунда=Ампер*Вольт).

Электрическое сопротивление (Закон Ома)

При протекании электрического тока I(Ампер) через проводник, на концах его наводится электрическое напряжение U(Вольт), значит, проводник имеет некоторое электрическое сопротивление R(Ом):

(4) R=U/I (Ом = Вольт/Ампер).

Электрическая емкость - способность проводника накапливать электрический заряд.

(5) C= I*dt/dU, (Фарад = Ампер * секунда / Вольт)

Электрическая ёмкость обратно пропорциональна скорости изменения электрического напряжения при данном электрическом токе через материю. Если электрическая ёмкость является постоянной величиной, то ее значение можно определить по формуле зная либо электрический заряд q, либо электрическую энергию E запасенные в ней и зная электрическое напряжение U на ней:

(6) C = q/U = dQ/dU = E/U², (Фарад = Кулон/Вольт = Джоуль/Вольт²)

Энергия электрического конденсатора

Электрическая энергия, запасенная в электрической ёмкости, в случае если ёмкость не зависит от напряжения на ней, может быть вычислена по формуле:

(6) Е_C = 0,5*C*U², (Джоуль = Фарад*Вольт²)

Электрическая индуктивность. В классической физике определение электрической индуктивности описано в терминах электромагнетизма: индуктивность - это величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи. Хотя индуктивность рассматривается в электродинамике, и возможно даже тогда никто не знал еще об электромагнитных полях и магнитных свойствах электрического тока. Поэтому, более правильно описывать термины текущего раздела физики в соответствии с понятиями этого раздела физики. Поэтому я предлагаю другое определение индуктивности, которое приведено ниже при рассмотрении обобщенных законов.

(7) L =U*dt/dI, (Генри = Вольт * секунда / Ампер)

Индуктивность обратно пропорциональна скорости изменения электрического тока, при приложении электрического напряжения к ней. Если индуктивность является постоянной величиной, то ее значение можно определить по формуле зная, либо электрическое напряжение U на проводнике и зная скорость изменения электрического тока dI/dt, либо электрическую энергию E запасенную в ней и зная электрический ток I, проходящий через неё:

(8) L = U/(dI/dt) =U/(dq/dt²)=E/I², (Генри =Вольт*секунда/Ампер =

Вольт*секунда²/Кулон =Джоуль/Кулон²)

Энергия электрической индуктивности

Электрическая энергия, запасенная в электрической индуктивности, в случае если индуктивность не зависит от тока, может быть вычислена по формуле:

(6) Е_L = 0,5*L*I², (Джоуль=Генри*Ампер²)

Вот мы рассмотрели основные законы электрофизики.

Для достижения поставленной цели (гипотезы о существовании единых обобщенных законов физики) примем данные законы за основу, т.е. предположим, что при помощи данных формул можно описать не только электрические системы, но и все остальные, приняв эти законы и формулы как обобщенные.

2. Обобщенные законы

2.1 Обобщенная энергия, обобщенный заряд и обобщенное напряжение

Обобщенные законы физики так же базируются на основном понятии физики - Энергии. Поэтому обобщенная энергия E тождественна простой энергии E. Так же как и в электрофизике, обобщенная энергия E есть функция от двух величин - обобщенного заряда Q и обобщенного напряжения U:

(9) E = f(U , Q) (Джоуль)

Так как мы приняли полное тождество формул из электрофизики формулам в обобщенных законах, то получаем формулу для обобщенной энергии:

(10) E = U * Q,

Но нам нужно разобраться, что же такое обобщенный заряд и обобщенное напряжение материи, чем они отличаются друг от друга и что чем назвать? Например, если открыт новый вид энергии, то нужно определить что в нём будет зарядом, а что напряжением, чтобы все формулы обобщенных законов были полностью тождественны формулам во вновь открытом разделе физики. Тоже самое нужно сделать, чтобы произошло тождество формул обобщенных законов с формулами любого раздела физики. И так, электрический заряд q есть величина или мера состояния материи, в то время как электрическое напряжение U есть мера сопротивления материи этому состоянию.

Для начала разберемся в сущности и отличиях понятий обобщенного заряда и обобщенного напряжения описывающих состояние материи. Как выше было указано, обобщенный заряд есть величина или мера состояния материи, в то время как обобщенное напряжение есть мера сопротивления материи этому состоянию. Отсюда вытекает, что обобщенный заряд (о-заряд) является неуничтожимым свойством материи, которое определяет некоторое состояние этой материи. Так, известно, что электрический заряд состоит из суммы элементарных зарядов: отрицательный из электронов, а положительный из протонов. Так же известно что, положительный и отрицательный заряды, накопленные в конденсаторе при его разряде через внешний проводник, перетекают в этот проводник, но не уничтожаются! Суммарный заряд проводника в этом случае равен нулю, просто электроны и протоны соединились на столь близкое расстояние, что суммарный заряд всего проводника равен нулю. В то же время электрическое напряжение на проводнике равно нулю. В механике, рассматривающей энергию расположения и перемещения тел, зарядом является координата расположения тела в пространстве. У любого тела есть свои координаты расположения, вне зависимости от действия на него сил извне. Таким образом, расположение тела так же является неуничтожимым свойством тела и является механическим зарядом (будет показано ниже). Так же мы знаем, что обобщенный заряд (о-заряд) - это скалярная величина. Поэтому электрический заряд тождественен о-заряду. Очевидно, что для каждого рода энергии существует свой о-заряд. Так в механике существует механический заряд, в теплотехнике - тепловой заряд и т.д. Получаем формулу для о-заряда:

(11) Q = q

Отсюда можно сразу вывести формулу тождества для обобщенного напряжения (о-напряжения), согласно формуле энергии и заряда, так как:

U = E / Q, и U = E / q, и E = E, и Q = q, то:

(12) U = U

Итак, обобщенный заряд есть величина или мера состояния материи, в то время как обобщенное напряжение есть мера сопротивления материи этому состоянию. Основное отличие о-напряжения от о-заряда состоит в том, что о-напряжение есть векторная величина (имеет направление) и является функцией от разности значений (о-потенциалов) между двух точек материи. Хотя о-потенциалы это чисто абстрактные понятия, несуществующие в материи, но с помощью их легче понять некоторые разделы физики. Например, в механике нет понятий, соответствующих о-потенциалу, а в электричестве есть: электрический потенциал. Очевидно, что для каждого вида энергии существует свое о-напряжение. Так в механике существует механическое напряжение, в теплотехнике - тепловое напряжение и т.д. Таким образом принимаем, что обобщенное напряжение (о-напряжение) полностью тождественно электрическому напряжению.

На основании вышеизложенного получаем что, все формулы и законы электричества полностью тождественны формулам обобщенных законов. Покажем это ниже.

2.2 Обобщенный ток о-заряда (о-ток)

Величина, описывающая количество о-заряда, протекающего или изменяющегося за единицу времени есть о-ток:

(13) I=dQ/dt (о-заряд/время)

В электричестве это электрический ток I:

(14) I=dq/dt (Ампер = Кулон/секунда)

Так же можно сказать, что скорость протекания или изменения о-заряда есть о-ток.

2.3 Обобщенное ускорение о-заряда (о-ускорение)

Величина, описывающая изменение о-тока за единицу времени есть о-ускорение:

(13) a=dI/dt= d(dQ/dt)/dt = d²Q/dt², (о-ток/время = о-заряд/время²)

В электричестве такая величина отсутствует, зато часто используется в механике:

(14) a=dv/dt (метр/секунда²)

2.4 Обобщенная Мощность (о-мощность)

Обобщенная мощность P преобразования энергии есть энергия E преобразованная за время t:

(15) P=E/t = I*U (Энергия/время = о-ток* о-напряжение)

2.5 Обобщенные коэффициенты накопления и преобразования энергии

Взаимодействие одного вида энергии с другими видами, а также накопление энергии происходит по некоторым обобщенным законам, в центре которых стоят коэффициенты

2.6 Обобщенный коэффициент сопротивления изменению о-заряда (о-сопротивление)

Согласно закону Ома - при протекании электротока I через проводник, на концах его наводится электронапряжение U, значит, проводник имеет некоторое электрическое сопротивление R =U/I (Ом). Так же и для обобщенного закона: при протекании о-тока I через материю, в ней возникает о-напряжение U, а значит, материя имеет некоторое сопротивление R о-току, то есть сопротивляется изменению о-заряда. Обобщенный коэффициент сопротивления R (о-сопротивления) вычисляется по формуле:

(17) R=U/I = U*dt/dQ =U²/P =P/I²=U²*dt/dE=dU/dI, (о-сопротивление = о-напряжение/о-ток)

Определение: о-сопротивление - это свойство материи создавать о-напряжение в себе в ответ на о-ток, либо о-сопротивление - это обратно пропорциональное свойство материи пропускать о-ток при наложении о-напряжения на материю. Иногда пользуются величиной «проводимость», которая обратно пропорциональна сопротивлению:

(17) Z=1/R, (о-проводимость = о-ток/о-напряжение)

Тогда определение о-проводимости таково: о-проводимость - это свойство материи пропускать о-ток при наложении о-напряжения на материю, либо о-проводимость - это обратно пропорциональное свойство материи создавать о-напряжение в себе в ответ на о-ток.

Обобщенный коэффициент накопления о-заряда (накопляемость, ёмкость). Определение накопляемости берем из электрофизики с небольшим добавлением: накопляемость (ёмкость) материи - это свойство материи накапливать о-заряд и удерживать неизменным о-напряжение. Верность такого добавления в определении накопляемости я докажу ниже. Формулы мы взяли полностью тождественные формулам из электрофизики, поэтому накопляемость (ёмкость) вычисляется по формуле:

(18) C_U = Q/U = dQ/dU , (о-заряд/о-напряжение)

Из формулы видно, что накопляемость (ёмкость) показывает, как много о-заряда может накопить материя при приложении к ней некоторого о-напряжения. Эта формула подтверждает первую часть определения. Если в формулу накопляемости подставить формулу о-тока I=dQ/dt, то получим:

(19) C_U = Q/U = dQ/dU = dQ/dt *dt/dU = I*dt/dU, (о-ток * секунда / о-напряжение)

Эта формула показывает, что накопляемость обратно пропорциональна изменению о-напряжения при изменении о-заряда, то есть накопляемость показывает как хорошо материя удерживает неизменным о-напряжение материи при протекании через неё о-тока. Другими словами материя сопротивляется изменению о-напряжения на ней при изменении о-заряда в ней. Эта формула подтверждает вторую часть определения.

Так же, если накопляемость некоторой материи является постоянной величиной, то её значение можно определить по формуле, зная энергию E, потраченную на создание в материи о-напряжения U:

(20) C_U = (U*Q)/U/U = E/U², (энергия/о-напряжение²)

Если известна потенциальная энергия E_U, которая была запасена в метрии и зная о-напряжения на неё, то формула будет следующая:

(23) C_U = 2*E_U/U²

Из этой формулы вытекает следующее определение: накопляемость (ёмкость) материи есть свойство материи накапливать энергию в зависимости от квадрата о-напряжения материи.

Если накопляемость материи изменяется, то мгновенное значение её можно вычислить подав небольшой прямоугольный импульс о-тока амплитудой I и измерив изменение о-напряжения dU за время dt, которое меньше времени действия импульса о-тока:

(24) C_U= I*dt/dU.

Обобщенный коэффициент сохранения скорости изменения о-заряда (инертность, индуктивность). Как я указывал выше, понятия каждого раздела физики должны описываться в понятиях этого раздела физики. Поэтому определение для индуктивности я предлагаю такое: инертность (индуктивность) материи - это способность материи сохранять скорость изменения о-заряда и накапливать о-напряжение. Другими словами можно сказать так: инертность (индуктивность) материи - это способность материи накапливать о-напряжение и удерживать неизменным о-ток. Покажем верность такого определения ниже, используя формулы. Как я говорил, формулы мы взяли полностью тождественные формулам из электрофизики, поэтому инертность (индуктивность) вычисляется как:

(21) C_I =U*dt/dI, (о-напряжение * время / о-ток)

Инертность (ёмкость) обратно пропорциональна скорости изменения о-тока, при приложении о-напряжения к ней. Эта формула показывает, что инертность (индуктивность) обратно пропорциональна изменению о-тока (а зная, что о-ток это изменение о-заряда, пропорциональна изменению изменения о-заряда) при приложении о-напряжения, то есть инертность показывает как хорошо материя удерживает неизменным о-ток при приложении к ней о-напряжения. Другими словами материя сопротивляется изменению о-тока через неё, наводя о-напряжение в себе. Таким образом, я доказал вторую часть определения инертности (индуктивности).

Так же эта формула показывает, что инертность накапливает о-напряжение, ведь мы можем подавать порциями о-напряжение на материю с инертностью. При этом о-ток будет возрастать и выступать в роли аккумулятора. Затем мы можем снять накопленное о-напряжения с материи принудительно уменьшив о-ток до нуля. Так доказана первая часть определения.

Если инертность является постоянной величиной, то ее значение можно определить по формуле зная энергию E, потраченную на создание в материи о-тока I:

(22) C_I = U/(dI/dt) =U/(dQ/dt²) =U*dQ/(dQ²/dt²)=E/I²,

(о-напряжение*время²/о-заряд = энергия/о-ток²)

Если известна кинетическая энергия E_I, которая была затрачена на изменение о-тока через материю до значения I, то формула будет следующая:

(23) C_I = 2*E_I/I²

Из этой формулы вытекает следующее определение: инертность (индуктивность) материи есть свойство материи накапливать энергию в зависимости от квадрата о-тока материи.

Если инертность материи изменяется, то мгновенное значение её можно вычислить подав небольшой прямоугольный импульс о-напряжения амплитудой U и измерив изменение о-тока dI за время dt, которое меньше времени действия импульса о-напряжения:

(24) C_I= U*dt/dI.

Импульс

Из формулы обобщенной инертности вытекает обобщенный закон сохранения импульса о-напряжения (U*t) и импульса инертности (импульс о-тока) (C_I*I):

(68) U*dt = C_I*dI

или

(68) U*t = C_I*I

Энергия, её виды

В физике часто используются такие понятия и виды энергии как потенциальная и кинетическая.

Потенциальная энергия. Допустим, есть действие, которое изменяет состояние материи от начального до конечного, проходя некий нелинейный путь. Так вот затраченная/полученная потенциальная энергия не зависит от пути изменения материи, а зависит только от начального и конечного состояния материи. Потенциальная энергия есть функция от состояния материи:

E_U = f(A), где

А - состояние материи

В свою очередь изменение потенциальной энергии может быть вычислено так:

E_U = E_U1-E_U2 = f(A₁) - f(A₂) = f(A), где

A = А₁-А₂, где

А₁ -начальное состояние материи, А₂ -конечное состояние материи.

В электрофизике такого вида энергию имеет электрическая ёмкость, и использовав тождество мы получаем что обобщенная потенциальная энергия Е_U может быть вычислена по обобщенному коэффициенту накопления о-заряда (накопляемости):

(6) Е_U = 0,5*C_U*U², (энергия = накопляемость*о-напряжение²)

В электрофизике есть раздел электростатики, в котором изучаются потенциальные электрические поля и взаимодействие заряженных тел. Электрическая энергия взаимодействия заряженных тел в таких полях является потенциальной и её можно вычислить по вышеприведенной формуле, вычислив электрические ёмкости созданные этими телами и электрическим полем.

Кинетическая энергия. Допустим, через электрическую индуктивность проходит электрический ток. Так вот если мы решим резко разомкнуть электрическую цепь, то ток не прекратится мгновенно, так как индуктивность сопротивляется изменению тока через неё. На индуктивности создастся большое напряжение, которое пробьет искрой через воздух место, где происходит разрыв электрической цепи так, что ток в индуктивности начнет затухать постепенно. Энергия, потраченная на создание искрового разряда через воздух, взялась из запасенной энергии в индуктивности. Эта запасённая энергия в индуктивности называется кинетической, и такая энергия отражает скорость изменения состояния материи. В механике примером кинетической энергии служит летящее в пространстве тело. Чтобы его остановить потребуется некоторая энергия. Эта энергия равна запасенной телом кинетической энергии. Используя тождество с электрофизикой, мы получаем, что обобщенная кинетическая энергия Е_I может быть вычислена по обобщенному коэффициенту сохранения скорости изменения о-заряда (инертности):

(6) Е_I = 0,5*C_I*I², (энергия=инертность*о-ток²)

Механика

Теперь посмотрим как обобщенные законы соответствуют законам в механике. Во-первых, необходимо определить - что такое механический о-заряд и что такое механическое о-напряжение. Для этого воспользуемся определениями, данными выше: обобщенный заряд (о-заряд) является неуничтожимым свойством материи, которое определяет некоторое состояние этой материи. Проведя анализ, я предполагаю, что в механике о-зарядом является расположение точки в пространстве A(x,y,z). Обычно вместо расположения в механике используют расстояние h от точки, которую рассматривают в явлении, до начала координат системы отчета. Обобщенным напряжением (о-напряжением) в механике есть ни что иное, как механическая сила F. И как известно, механическая сила имеет смысл только если она действует или приложена между двумя точками, что полностью тождественно определению обобщенного напряжения. Тогда формула энергии в механике получается полностью тождественна формуле обобщенной энергии:

(27) E = F * h = Q * U, (Джоуль=метр*Ньютон)

(25) U = F, (о-напряжение = Ньютон)

(26) Q = h, (о-заряд = метр)

Так механическая работа А, затрачиваемая на перемещения тела на расстояние h под действием механической силы F равно:

(27) А = F * h = Е, (Джоуль)

Что полностью тождественно формуле согласно обобщенным законам, где E = U * Q

Механическая мощность P преобразования энергии есть механическая энергия E преобразованная за время t:

(28) P=E/t = P=E/t (о-мощность=Ватт = Джоуль/секунда)

Скорость перемещения тела v тождественна обобщенному току:

(29) v = dh/dt = I = dQ/dt, (о-ток = метр/секунда)

Ускорение тела:

(30) a = dv/dt = dh/dt² = dI/dt = dQ/dt², (о-ускорение = метр/секунда²)

3. Коэффициенты накопления и преобразования механической энергии

3.1 Коэффициент механического сопротивления

Если тело передвигается прямолинейно и равномерно под действием механической силы, то значит что имеется механическое сопротивление этой силе. Однако, такого понятия как коэффициент механического сопротивления в механике не существует. Это обусловлено тем, что в механике больший интерес имеет процесс трения, который зависит от силы прижимания двух тел друг к другу. F1 = k1*N1, где F1 - сила трения, k1 - коэффициент трения, N1 - нормальная сила к поверхности соприкосновения трущихся тел. На самом деле есть некоторые процессы, в которых механическое сопротивление имеет физический смысл. Например, работа гидравлических амортизаторов, в которых сила сопротивления зависит от скорости перемещения поршня. В таком процессе сила сопротивления вычисляется тождественно формуле обобщенного сопротивления:

(31) R = F/v = F/dh*dt = R = U/I, (механическое сопротивление = Ньютон/метр*секунда)

В механике используют такие виды энергии как потенциальная и кинетическая. Для каждого из них существуют свои коэффициенты и формулы. Причем потенциальный коэффициент тождественен обобщенному коэффициенту накопления энергии (накопляемости), а кинетический коэффициент тождественен обобщенному коэффициенту сохранения изменения заряда (инертности).

Потенциальный коэффициент накопления механической энергии (механическая накопляемость) тела, находящегося в потенциальном поле некоторой механической силы вычисляется по формуле:

(32) C = h/F = dh/dF = dh/dt *dt/dF = v*dt/dF, (метр/Ньютон = скорость * время / сила)где

h - расстояние от точки нулевой силы потенциального поля до точки, в которой находится тело и действует потенциальная сила F; dh - изменение расстояния при котором произошло изменение силы dF. Как видно, формула механической накопляемости тождественна формуле обобщенной накопляемости.

Эта формула показывает, что механическая накопляемость взаимодействия тела и потенциального поля механической силы обратно пропорциональна изменению механической силы, т.е. удерживает неизменным механическую силу при заданной скорости изменения положения тела относительно точки с нулевой силой. И согласно тождеству обобщенной накопляемости получаем: механическая накопляемость тела в потенциальном поле механической силы - это свойство тела накапливать изменение положения (расстояния) тела и удерживать неизменной механическую силу, приложенную к телу.

Так же, если механическая накопляемость некоторой материи является постоянной величиной, то её значение можно определить по формуле, зная механическую энергию E запасенную в материи (E = F * h) и зная о-напряжение U на ней или в ней:

(20) K2 = (F*h)/F/F = E/F², (Джоуль/Ньютон²)

Из этой формулы вытекает следующее определение: механическая накопляемость (механическая ёмкость) тела в потенциальном поле механической силы есть свойство тела накапливать энергию в зависимости от квадрата механической силы (о-напряжения), действующего на тело со стороны поля.

Упругость. Способность тел деформироваться под действием внешних сил и возвращаться в исходное состояние после снятия сил называется упругостью, например сжатие и растяжение пружины. Коэффициент C упругости (упругость) является потенциальным коэффициентом и поэтому вычисляется по формуле:

(32) C=h/F = C_U = Q/U, (метр/Ньютон)где

h - расстояние, на которое деформировалось тело,

F - сила, приложенная к телу и вызвавшая деформацию на расстояние h. Как видно формула упругости полностью тождественна формуле накопляемости (ёмкости). Механическая упругость - это механическая накопляемость состояния (положения в пространстве) тела. И согласно тождеству с обобщенной накопляемостью получаем: механическая упругость тела - это свойство тела накапливать изменение состояния, деформацию (о-заряд) тела и удерживать неизменной механическую силу (о-напряжение), вызвавшую это изменение состояния, деформацию (о-заряд). Определение для упругости с использованием энергии полностью тождественно приведенному выше для потенциальных полей: механическая упругость тела есть свойство тела накапливать энергию в зависимости от квадрата механической силы (о-напряжения), действующего на тело в результате деформации.

3.2 Кинетический коэффициент накопления механической энергии (механическая инертность)

В механике кинетическим коэффициентом накопления механической энергии является масса. Формула массы согласно закону Ньютона:

(21) m =F*dt/dv = F/a = C_I = U/(dI/dt), (масса = сила * время / скорость = сила / ускорение = Ньютон*секунда²/метр = килограмм)

Как видно, формула механической массы тела полностью тождественна формуле обобщенной инертности (ёмкости). Таким образом, можно говорить, что масса - это механическая инертность. Механическая инертность m тела обратно пропорциональна ускорению a, при приложении механической силы F к этому телу. Следуя тождеству с определением обобщенной инертности, получаем определение: масса тела - это способность тела накапливать механическую силу (о-напряжение), приложенную к нему и удерживать неизменной скорость тела (о-ток).

Если инертность является постоянной величиной, то ее значение можно определить зная энергию E затраченную на разгон тела до скорости v:

(22) m = E/v², (масса = энергия/скорость² = килограмм = Джоуль* секунда²/метр²)

Если же известна кинетическая энергия E_I, которая была затрачена на изменение скорости перемещения тела до значения v, то формула будет следующая:

(23) m = 2*E_I/v²

Из этих формул вытекает следующее определение: механическая инертность (масса, механическая индуктивность) тела есть свойство тела накапливать энергию в зависимости от квадрата скорости перемещения (о-тока) тела в пространстве.

Если инертность материи изменяется, то мгновенное значение её можно вычислить подав небольшой прямоугольный импульс механической силы амплитудой F и измерив изменение скорости перемещения dv за время dt, которое не больше времени действия импульса силы:

(24) m= F*dt/dv.

Как видно, все формулы для механической массы тождественны обобщенным формулам инертности. Механическая масса тела - это механическая инертность положения тела.

3.3 Механический импульс силы, импульс массы, количество движения

Из формулы обобщенной инертности вытекает формула сохранения импульса p в механике:

(69) F*t = m*v = p

Импульс силы (F*t) равен импульсу скорости (m*v , количеству движения, импульсу массы). Обычно эта формула применяется к системе нескольких тел, у которых известны скорость, масса и/или сила воздействия для вычисления скоростей после соударения тел друг о друга.

Потенциальная энергия. В механике такого вида энергию имеет, например, механическая упругость. Энергия пружины с упругостью C_U сжатой/растянутой с силой F вычисляется по формуле:

(6) Е_U = 0,5*C_U*F², (энергия = накопляемость*о-напряжение² = упругость * Ньютон²)

Энергия притяжения хоть и является потенциальным видом энергии, одновременно является другим родом энергии и будет описана ниже отдельно.

Кинетическая энергия. В механике примером кинетической энергии служит летящее в пространстве тело. Чтобы его остановить потребуется некоторая энергия. Эта энергия равна запасенной телом кинетической энергии. Кинетическая энергия летящего в пространстве тела со скоростью v и массой m вычисляется по формуле:

(6) Е_I = 0,5*m*v², (энергия = инертность * о-ток² = килограмм * метр² / секунда²)

Итак, все основные формулы и законы механики совпали с формулами единых обобщённых законов, предложенных мною. Далее покажем тождество обобщенных законов на разделе физики механического вращения. Тут будет чуток посложнее.

Энергия вращение тела вокруг неподвижной точки. Такое явление описывается следующими величинами:

- механический момент вращения M (Ньютон*метр), который равен произведению механической силы F (Ньютон), действующей по касательной на центр масс тела, на расстояние r (метр) от центра вращения до центра масс тела;

- угол вращения n (радиан).

Как и в механике, в качестве обобщенного заряда принимаем величину, описывающую перемещение - угол вращения n.

(6) Q = n, (о-заряд = радиан)

Соответственно обобщенным напряжением будет механический момент вращения:

(6) U = M = F*r, (о-напряжение = момент = Ньютон*метр)

Энергия вращения тела вокруг неподвижной точки вычисляется по формуле:

(6) Е = M*n, (энергия = Ньютон*метр*радиан)

Нам известно, что энергия имеет единицу измерения Джоуль, которая, в свою очередь, равна произведению двух единиц измерения: Ньютон и метр. В последней же формуле энергии вращения видно, что единицы измерения не совсем совпадают с обобщенными, так как присутствует дополнительная единица измерения: «радиан». В чём дело? Дело в том что «радиан» это не именованная единица измерения, а мера количества. Так «радиан» показывает сколько радиусов вмещается в угол 360 градусов. Таким образом, именованность «радиан» не является единицей измерения, а лишь сродни приставке «кило-», «мили-», «деци-» к единицам измерения. Значит, полученная нами размерность Ньютон*метр*радиан полностью соответствует размерности обобщенной энергии.

После того, как мы определились что является о-зарядом, а что о-напряжением, всё остальное будет проще.

Механическая мощность P преобразования энергии вращения есть механическая энергия E преобразованная за время t:

(28) P=E/t = P=E/t (о-мощность=Ватт = Джоуль/секунда)

Угловая скорость вращения тела щ тождественна обобщенному току:

(29) щ = dn/dt = I = dQ/dt, (о-ток = радиан/секунда)

Угловое ускорение тела:

(30) е = dщ/dt = dn/dt² = dI/dt = dQ/dt², (о-ускорение = радиан/секунда²)

4. Коэффициенты накопления и преобразования механической энергии вращения

4.1 Коэффициент механического сопротивления вращению

Если тело вращается с постоянной скоростью под действием механической силы, это значит что имеется механическое сопротивление этой силе. Пример такого явления - вращение вокруг неподвижной оси с трением. В таком процессе сила сопротивления вычисляется тождественно формуле обобщенного сопротивления:

(31) R = M/щ = M/dn*dt = U/I, (механическое сопротивление вращению = Ньютон*метр*секунда/радиан)

В механике используют такие виды энергии как потенциальная и кинетическая. Для каждого из них существуют свои коэффициенты и формулы. Причем потенциальный коэффициент тождественен обобщенному коэффициенту накопления энергии (накопляемости), а кинетический коэффициент тождественен обобщенному коэффициенту сохранения изменения заряда (инертности). Однако в механике вращения нет такого понятия как потенциальная энергия вращения, а есть лишь понятие кинетическая энергия вращения и соответственно момент инерции тела относительно оси вращения. Поэтому формулы для потенциальной энергии вращения и потенциального коэффициента накопления механической энергии вращения я привожу по аналогии с обобщенными законами.

Потенциальный коэффициент накопления механической энергии вращения (механическая накопляемость вращения) привожу согласно обобщенным законам:

(32) C_U=n/M = dn/dM = dn/dt *dt/dM = щ*dt/dM, (радиан / (метр*Ньютон) = угловая скорость * время / момент).

Так какое же физическое явление описывает приведенная формула?? Насколько я понимаю, это явление происходит тогда, когда механическая связь между центром вращения и центром массы вращающегося тела является упругой, при условии что радиус между этими точками является постоянным. Например, если ось жестко закреплена, а тело прикреплено к оси упругим рычагом. Тогда при приложении момента M (Ньютон*метр) к телу, тело отклоняется по дуге на угол n (радиан). Опять же это упругость, но упругость вращения.

4.2 Кинетический коэффициент накопления механической энергии вращения (механическая инертность вращения)

В механике вращения кинетическим коэффициентом накопления механической энергии вращения является угловая масса или момент инерции. Формула угловой массы (момента инерции):

(21) I = M*dt/dщ = M/е = C_I = U/(dI/dt), (угловая масса = момент * время / угловая скорость = момент / угловое ускорение = Ньютон * метр * секунда²/радиан = килограмм*метр²/радиан = угловой килограмм)

Ньютон*секунда²/метр = килограмм

Как видно, формула угловой массы тела полностью тождественна формуле обобщенной инертности. Таким образом, можно говорить, что угловая масса - это механическая угловая инертность. Угловая инертность m тела обратно пропорциональна угловому ускорению е, при приложении механического момента M к этому телу. Если угловая инертность является постоянной величиной, то ее значение можно определить зная энергию E затраченную на разгон тела до угловой скорости щ:

(22) I = E/щ², (угловая масса = энергия/угловая скорость² = угловой килограмм = Джоуль* радиан²/секунда²)

Если же известна кинетическая энергия E_I, которая была затрачена на изменение скорости перемещения тела до значения v, то формула будет следующая:

(23) I = 2*E_I/ щ ²

Если инертность материи изменяется, то мгновенное значение её можно вычислить подав небольшой прямоугольный импульс механической силы амплитудой F и измерив изменение скорости перемещения dv за время dt, которое не больше времени действия импульса силы:

(24) I = F*dt/dv.

Как видно, все формулы для механической массы тождественны обобщенным формулам инертности. Механическая масса тела - это механическая инертность положения тела. К тому же можно ввести в физику новую единицу измерения:

[угловой килограмм] = [килограмм*метр²/радиан]

4.3 Механический импульс момента, импульс угловой массы, количество углового движения, импульс вращения

В механике вращения есть такой термин как «момент количества движения» («кинетический момент», «угловой момент»). На само деле Из формулы обобщенной инертности вращения вытекает формула сохранения импульса момента K в механике:

(69) M*t = I*щ = K

Импульс силы (M*t) равен импульсу скорости (m*v , количеству движения, импульсу массы). Обычно эта формула применяется к системе нескольких тел, у которых известны скорость, масса и/или сила воздействия для вычисления скоростей после соударения тел друг о друга.

Потенциальная энергия. В механике такого вида энергию имеет, например, механическая упругость. Энергия пружины с упругостью C_U сжатой/растянутой с силой F вычисляется по формуле:

(6) Е_U = 0,5*C_U*F², (энергия = накопляемость*о-напряжение² = упругость * Ньютон²)

Энергия притяжения хоть и является потенциальным видом энергии, одновременно является другим родом энергии и будет описана ниже отдельно.

Кинетическая энергия. В механике примером кинетической энергии служит летящее в пространстве тело. Чтобы его остановить потребуется некоторая энергия. Эта энергия равна запасенной телом кинетической энергии. Кинетическая энергия летящего в пространстве тела со скоростью v и массой m вычисляется по формуле:

...