Механика Закон сохранения импульса Молекулярная физика и термодинамика Реальные газы, жидкости и твердые тела Электростатика Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков

Лекции и задачи по физике Примеры решений контрольной работы

Графическом представление энергии

Во многих задачах рассматривается одномерное движение тела, потенциальная энергия которого является функцией лишь одной переменной (например, координаты х), т. е. П=П (х). График зависимости потенциальной энергии от некоторого аргумента называется потенциальной кривой. Анализ потенциальных кривых позволяет определить характер движения тела.

Будем рассматривать только консервативные системы, т. е. системы, в которых взаимные превращения механической энергии в другие виды отсутствуют. Тогда справедлив закон сохранения энергии в форме (13.3). Рассмотрим графическое представление потенциальной энергии для тела в однородном поле тяжести и для упругодеформированного тела.

Потенциальная энергия тела массой т, поднятого на высоту h над поверхностью Земли, согласно (12.7), П (h)=mgh. График данной зависимости П = П(h) — прямая линия, проходящая через начало координат (рис. 15), угол наклона которой к оси h тем больше, чем больше масса тела (так как tg=mg).

Пусть полная энергия тела равна Е (ее график — прямая, параллельная оси h). На высоте h тело обладает потенциальной энергией П, которая определяется отрезком вертикали, заключенным между точкой h на оси абсцисс и графиком П(h). Естественно, что кинетическая энергия Т задается ординатой между графиком П(h) и горизонтальной прямой ЕЕ. Из рис. 15 следует, что если h=hmax, то Т=0 и П=E=mghmax, т. е. потенциальная энергия становится максимальной и равной полной энергии.

Из приведенного графика можно найти скорость тела на высоте h:

откуда

Зависимость потенциальной энергии упругой деформации П=кх2/2 от деформации х имеет вид параболы (рис. 16), где график заданной полной энергии тела Е — прямая, параллельная оси абсцисс х, а значения Т и П определяются так же, как на рис. 15. Из рис. 16 следует, что с возрастанием деформации х потенциальная энергия тела возрастает, а кинетическая — уменьшается. Абсцисса xmax определяет максимально возможную деформацию растяжения тела, a –хmax — максимально возможную деформацию сжатия тела. Если х = ±хmax, то T=0 и П=E=k/2, т. е. потенциальная энергия становится максимальной и равной полной энергии.

Из анализа графика на рис. 16 вытекает, что при полной энергии тела, равной Е, тело не может сместиться правее хmax и левее –хmax, так как кинетическая энергия не может быть отрицательной и, следовательно, потенциальная энергия не может быть больше полной энергии. В таком случае говорят, что тело находится в потенциальной яме с координатами – хmax £ x £ хmax.

В общем случае потенциальная кривая может иметь довольно сложный вид, например с несколькими чередующимися максимумами и минимумами (рис. 17). Проанализируем эту потенциальную кривую. Если Е — заданная полная энергия частицы, то частица может находиться только там, где П(х) £ Е, т. е. в областях I и III. Переходить из области I в III и обратно частица не может, так как ей препятствует потенциальный барьер CDG, ширина которого равна интервалу значений х, при которых E < П, а его высота определяется разностью Пmах–E. Для того чтобы частица смогла преодолеть потенциальный барьер, ей необходимо сообщить дополнительную энергию, равную высоте барьера или превышающую ее. В области I частица с полной энергией Е оказывается «запертой» в потенциальной яме AВС и совершает колебания между точками с координатами хA и хC.

В точке В с координатой х0 (рис. 17) потенциальная энергия частицы минимальна. Так как действующая на частицу сила (см. § 12)  (П — функция только одной координаты), а условие минимума потенциальной энергии , то в точке В —Fx = 0. При смещении частицы из положения х0 (и влево и вправо) она испытывает действие возвращающей силы, поэтому положение х0 является положением устойчивого равновесия. Указанные условия выполняются и для точки  (для Пmax). Однако эта точка соответствует положению неустойчивого равновесия, так как при смещении частицы из положения  появляется сила, стремящаяся удалить ее от этого положения.

Структура пространства и движение тел в нем

Вещественность эфирного пространства предполагает, как уже говорилось, в первую очередь подобие этого пространства любому вещественному телу. Ибо только подобие свойств эфирного пространства свойствам вещественных тел обусловливает возможность взаимодействия их друг с другом. В то же время количественная величина свойств эфирного пространства отличается от аналогичных свойств тел на такое количество порядков, которое приводит к невидимости (прозрачности) молекул «невесомого» эфира и видимости молекул весомых веществ. И эта невидимость ¾ следствие того обстоятельства, что ядра молекул эфира на 5-8 порядков меньше ядер весомых веществ. Оно-то и определяет основные особенности эфирного пространства и движение в нем весомых тел.

Другое обстоятельство, способствующее прозрачности эфирных молекул, заключается в том, что нейтральные зоны напряженности эфирных межмолекулярных полей не влияют существенно на деформацию элементарных частиц (электронов, фотонов, протонов и т.д.) при прохождении ими нейтральных межмолекулярных зон. И прежде чем знакомиться с механикой движения в эфирном пространстве этих частиц, рассмотрим в самой общей форме структуру и назначение нейтральной зоны на примере гравитационной нейтральной зоны между Землей и Солнцем, исходя из того, что количественные величины параметров, которыми обладают эти тела, действительно соответствуют ныне принятым величинам.

Прежде всего, отметим, что все околосолнечное пространство формируется удельной плотностью каждого элементарного объема (тела) и гравитационным полем Солнца, а все тела, двигаясь в этом пространстве, взаимодействуют с данным гравиполем. Напряженность гравиполя Солнца на его поверхности равна g = 27400 см/с2 и изменяется к периферии по закону gR2 – const, где R – расстояние от центра Солнца до той области пространства, в которой определяется g. При определении напряженности на поверхности вместо R подставляется радиус Солнца. (Отмечу, что принятая величина радиуса Солнца – 695990±10 км [23] весьма сомнительна. Известно из классической механики и ОТО, что траектория луча света от звезд, проходящая у поверхности Солнца, будет под действием его гравитационного поля искривляться на 1-2". Если это так, то лучи света, идущие от края солнечного диска к Земле, тоже искривляются на те же ~ 2". И результатом этой гравитационной рефракции становится уменьшение реального радиуса на ~1,5-2 тыс. км. Следовательно, истинный радиус Солнца оказывается на те же 1,5-2 тыс. км больше, находясь в пределах 697-698 тыс. км. Отсюда и остальные параметры Солнца соответственно изменятся.)

Отмечу, что индивидуальные параметры имеют все небесные тела. И хотя величина поверхностной напряженности этих тел не совпадает с аналогичной напряженностью Солнца, должна существовать такая граница, где напряженность гравиполя тела, в частности планеты Земли и гравиполя Солнца, совпадают. Это совпадение напряженностей, на некотором удалении от поверхности, вокруг всего меньшего тела образует нейтральную зону между телом и Солнцем, а объем эфира от поверхности планеты до ее нейтральной зоны составляет «макропланету», своего рода макромолекулу, в которой планета является «солнечным электроном» или по аналогии для уровня элементарных частиц - эфирную «шубу» электрона.

Рассмотрим в качестве примера геометрические параметры нейтральной зоны между Солнцем и Землей [24]. В разделе 3 будет показано, что с изменением напряженности гравитационного  поля находящиеся в нем тела деформируются, и количественные величины их свойств меняются пропорционально этой деформации.

Подобный процесс сопровождает движение фотона в гравитационном поле, который изменяет не только свои размеры, но и частоту. Например, фотон или волна имеет на поверхности Земли длину λ (рис. 4). При перемещении на высоту h длина волны изменится и станет равной λ1. Это изменение длины волны на величину ∆λ (∆λ = λ – λ1) и фиксируется на высоте h как гравитационное красное смещение. Аналогично фотон или волна, идущая из космоса к Земле, имеет на высоте h длину волны λ1, и к поверхности она уменьшается по линейной зависимости до величины λ. Спектроскоп же зафиксирует у этой волны фиолетовый сдвиг.

Рис. 4.

Получается примерно следующая качественная картина: световая волна, сжимаясь, как бы немного сжимает гравиполе эфирных молекул, обусловливая суперпозицию с ним, что вызывает изменение энергии волны и внешне проявляется как ее преломление. Суперпозиция обеспе-чивает проникновение волны через поле. Параметры движения волны зависят от плотности окружающего пространства.

Используя линейную зависимость длины волны от напряженности гравитационного поля, рассмотрим движение светового луча с длиной волны А = 4000 А° от Солнца к поверхности Земли. Поскольку излучение движется в пространстве с изменяемой напряженностью гравитационного поля, то длина волны возрастает до той нейтральной зоны АВ (рис.5.) в которой напряженность гравиполя, Солнца – gо сравнивается с напряженностью гравиполя Земли – g;

go = g.

Рис.5 Нейтральная зона образует вокруг Земли некую сферу единой напряженности, строго пропорциональную радиусам Земли и Солнца.

В районе АВ длина волны λ1, а следовательно, и красное смещение, достигают максимальной на расстоянии между Солнцем и Землей величины, и при дальнейшем движении, под воздействием возрастающей напряженности гравиполя Земли, волна начинает сжиматься таким образом, что ее длина на поверхности Земли становится равной λ' = 4,000003∙10-5 см [25]. Зная длину исходящей λ и получаемой λ′ волны, находим расстояние от Земли X и Солнца Y до нейтральной зоны АВ:

λ′/r = λ1/X; λ/R = λl/Y; (1.14)

Х + Y = R1. (1.15)

Где: r – радиус Земли; R – радиус Солнца; R1 – расстояние от Земли до Солнца.

Решая уравнения (1.14) и подставляя результат в (1.15), определяем расстояние от Земли до нейтральной зоны:

X = 1,3567∙1011 см и Y = 1,4824∙1013 см.

Так, на расстоянии X откладывается ~213 радиусов Земли, а на расстоянии Y ~ 213 радиусов Солнца. Со стороны, противоположной Солнцу, расстояние от Земли до нейтральной зоны А'В', Z = 1,382∙1013 см и на нем укладывается ~217 радиусов Земли, а на суммарном расстоянии Z + R, = 1,5098∙1013 см укладывается также ~217 радиусов Солнца. Если же рассчитать расстояние до нейтральной зоны вдоль орбиты по движению планеты и против него, то оно в обоих направлениях составит около 1,37∙1013 см.

Нейтральная зона образует на значительном расстоянии от Земли своего рода большую несколько деформированную сферу — супермолекулу, центр которой, находясь в постоянном движении, располагается в среднем на 200-300 км под поверхностью Земли с противоположной от Солнца стороны. Земная супермолекула плотно «сидит» в сфере притяжения Солнца, а внешнее воздействие поля Солнца (приталкивание), «сплачивает» ее молекулы, образуя для каждого элемента Земли свою твердость и прочность. Эфир, образующий супермолекулу,«сопровожда-ет» в движении по орбите свое ядро — Землю.

Таким образом, нейтральная зона тела в каждом структурном эфирном образовании (от амера до вселенной) обусловливает его существование как отграниченной взаимосвязанной системы того пространства в котором оно находится.

Супермолекула — очень характерное образование. Эту структуру повторяют молекулы всех без исключения тел вселенной (как макромира, начиная с галактик, так и микромира). В нейтральной зоне, где удельная плотность единицы пространства от планеты и Солнца одинакова, напряженность гравиполя Солнца «плавно» переходит в напряженность гравиполя Земли, обеспечивая последней, как и всем остальным планетам и телам, жесткое закрепление в данной области солнечного пространства. И, следовательно, как и в квантовой механике, отпадает вопрос об устойчивости, как Солнечной системы, так и планетарных образований в ней.

Само же расстояние от центрального тела до нейтральной зоны обусловливается его энергетическими возможностями. И потому изменение расстояния от Солнца до Земли возможно только при изменении собственной энергии одной из них (например, Земли) или обоих. Изменение напряженности гравиполя Земли будет сопровождаться «расширением» или «сужением» расстояние от центра тела до его нейтральной зоны. И, как будет показано далее, такие изменения наблюдаются в действительности.

Нейтральная зона — основной конструктивный элемент любого тела. Именно она образует молекулы конкретного индивидуального вещества — тела. Именно она «выстраивает» структуру и определяет свойства и область нахождения молекул в теле, планет, звезд, галактик и т.д. Именно она противодействует возможности "схлопывания" вещества и «запрещает» существование так называемых «черных» дыр. Именно от ее плотности зависят химические и физические свойства всех веществ. И повторюсь — структура элементов этих веществ, например молекул тел, или галактик, аналогична структуре супермолекулы планеты Земля. Тогда как основой сплошных весомых тел на поверхностях планет становится именно отсутствие за границами тел собственных нейтральных зон.

Самопульсация ядра (например, Земли) передается молекулам эфира, образующим пространство в форме эфирных волн от ее поверхности к сферической нейтральной зоне, в том числе и в направлении Солнца. С другой стороны, от пульсирующего Солнца к той же нейтральной зоне приходят аналогичные волны. Позже мы познакомимся с механизмом их взаимодействия.

Самопульсация и другие движения тел обусловлены также вращением относительно объемов их гравитационных полей и собственной гравитационной деформации от внешних гравиполей. Вращающееся поле тела поляризует его объем и «укладывает» все насыщающие его тела в свой объем в соответствии со сложившейся поляризацией. Похоже, что поляризация достаточно заметна и на Земле, например, по структуре она — поляризованный кристалл.

Чем ближе такая супермолекула к нейтральной зоне между Солнцем и, окружающими звездами, тем неопределеннее ее движение, тем более она подвержена воздействию различных сил, тем больше она напоминает молекулу.

Весомые тела, находящиеся, например, на поверхности Земли, образуются молекулами, имеющими ту же структуру, что и супермолекула. Но в отличие от нее такие молекулы не вращаются по орбите, а соприкасаются своими нейтральными зонами (как, например, и «молекулы» образующие околозвездное пространство), что и обусловливает существование твердого тела. Молекулы газообразных тел в естественных условиях не соприкасаются нейтральными зонами, а жидкие, как, например, вода имеют подвижное соприкосновение — эфирную прослойку в нейтральной зоне. Соприкосновение молекул нейтральными зонами лишает их возможности достаточно быстрого пространственного перемещения относительно друг друга и оставляет им одну форму внутреннего движения — самопульсацию. Все молекулы объема тела пульсируют синхронно, обусловливая синтезирующим взаимодействием определенную ритмику пульсации всему телу, которое вследствие этого тоже пульсирует, но на другом уровне. И потому нейтральная зона не есть жесткое неподвижное образование, а своего рода подвижная сферическая мембрана, отграничивающая, но не отторгающая молекулы друг от друга.

Центр инерции. Определение. Центром инерции (центром масс) системы материальных точек (частиц) называется точка С, положение которой задаётся радиус-вектором  , определённым следующим образом:

Подпись:

где   масса й частицы; радиус-вектор, определяющий положение этой частицы; масса системы.

Замечание: в однородном поле сил тяжести центр инерции совпадает с центром тяжести системы.

Теорема о движении центра инерции (масс)

 Запишем 2-й закон Ньютона для й частицы массой .

 

где внутренняя сила, действующая на -ю частицу (т.е равнодействующая сил, действующая со стороны других частиц системы на -ю частицу); ускорение -й частицы; внешняя сила, действующая на -ю частицу.

 Для всех тел (частиц) системы сумма

, (*)

так как  по 3-му закону Ньютона (внутренние силы попарно равны по величине, направлены противоположно и действуют вдоль одной прямой).

 Из определения центра масс следует:

 .

  Продифференцируем это выражение дважды:

,

где ускорение центра масс.

.  (**)

Сравнив выражения(*) и (**), получим .

Сумму внешних сил можно заменить равнодействующей , а  (по определению), получим:

Подпись:


Элементы специальной (частной) теории относительности