Введение в механодинамику канарёв Ф. М. kanphil@mail ru Анонс
Вид материала | Документы |
- Ф. М. kanphil@mail ru Седьмая лекция аксиомы Единства Анонс, 90.59kb.
- Элементы теории научного познания канарёв Ф. М. Анонс, 198.49kb.
- Инвариантность законов физики в коллайдерах канарёв Ф. М. Анонс, 194.26kb.
- Просвещаем механиков-теоретиков канарёв Ф. М. Анонс, 91.8kb.
- Закон эволюции фундаментальных знаний канарёв Ф. М. Двенадцатая лекция аксиомы Единства, 87.02kb.
- Ответы на вопросы системного анализа канарёв Ф. М. Анонс, 173.5kb.
- Первая вводная лекция о микромире канарёв Ф. М. Анонс, 155.47kb.
- Комментарии читателей к дискуссии плазара с канарёвым канарёв, 471.26kb.
- Ф. М. Канарёв вводная лекция аксиомы единства искателям научных истин анонс. «Триумфальное», 111.72kb.
- Анализ фокусов квантовой теории канарёв, 982.47kb.
ВВЕДЕНИЕ В МЕХАНОДИНАМИКУ
Канарёв Ф.М. kanphil@mail.ru
Анонс. Динамика Ньютона работала 322 года с явными признаками нарушения причинно-следственных связей, следующих из её первого закона. Перевод динамики в рамки причинно-следственных связей оказался возможным лишь путём ввода новых научных понятий и систематизации её законов.
ПЕРВАЯ ЛЕКЦИЯ
1. Общие сведения о механодинамике
Понятие «Динамика» родилось давно и уже получило различные приставки, которые ограничивают смысл, заложенный в этом понятии, и таким образом конкретнее отражают суть описываемых явлений и процессов. Например, давно используются понятия «Электродинамика», «Гидродинамика» и «Аэродинамика». Появилось понятие «Электродинамика микромира». В результате возникает необходимость выделить динамику, описывающую только механику твёрдых тел. С учётом этого вводим понятие «Механодинамика», в которое закладывается смысл динамики механических движений твёрдых тел, которые описывались до этого понятием «Динамика».
Механодинамика - раздел теоретической механики, в котором устанавливается и изучается связь между движением материальных точек и тел, и силами, действующими на них.
Основные модели реальных объектов в механодинамике - материальная точка и абсолютно твердое тело. В качестве материальных точек рассматриваются такие реальные объекты, у которых различиями в движении отдельных точек можно пренебречь. Если же этого сделать нельзя, то движение такого объекта рассматривается, как движение твердого тела.
Абсолютно твердое тело - это совокупность материальных точек, расстояния между которыми не меняются со временем. Из этого следует, что материальная точка – частный случай твёрдого тела.
Совокупность материальных тел, в которой они не могут двигаться независимо друг от друга, благодаря связям между ними, называется механической системой.
Законы механодинамики базируются на фундаментальных аксиомах Естествознания: пространство и время абсолютны, пространство, материя и время не разделимы. Достоверность аксиом следует из очевидности их утверждений. Достоверность законов механодинамики, которые базируется на аксиомах, не очевидна и доказывается экспериментальным путём, поэтому законы механодинамики нельзя считать аксиомами, они – постулаты.
Законы динамики впервые систематизировал Исаак Ньютон в своей книге "Математические начала натуральной философии"(1687г). Первый закон динамики он сформулировал следующим образом: «Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку приложенные силы не заставят его изменить это состояние». Мы сразу замечаем в этой формулировке нарушение принципа причинно-следственных связей. Любое движение – следствие действия силы, а в первом законе Ньютона её нет и нет математической модели этого закона, описывающей его равномерное перемещение в пространстве, но тело игнорирует это и движется с постоянной скоростью



Рис. 1. К анализу законов механодинамики:
а) – схема появления сил, действующих на астероид А, приближающийся к планете М;
b) схема изменения сил сопротивления

Основной закон механодинамики
Сила




Чтобы отличать силу


В 1743 г. Даламбер дополнил этот закон Ньютона, указав, что в каждый данный момент времени на ускоренно движущееся тело действует сила инерции



Из этого следовало, что в каждый данный момент времени на тело, движущееся с ускорением действуют две равные по величине и противоположные по направлению силы: ньютоновская сила




Первый закон механодинамики
Более 300 лет считалось, что ньютоновская сила




Рис. 2. Схема сил, действующих на ускоренно (OA) движущийся автомобиль
Каждый из нас ездил в автомобиле и знает, что при его ускоренном движении сила инерции прижимает нас к спинке сиденья. Если другой автомобиль ударит наш автомобиль сзади, то ускорение может быть настолько большим, что сила мышц нашего тела и прочность шейного позвоночника окажутся значительно меньше силы инерции, которая увлечёт нашу голову назад. Функции нашего спасения от силы инерции, способной оторвать нам голову, выполняет подголовник. Если же наш автомобиль столкнётся с внезапно возникшим впереди препятствием, то ускорение его движения изменится на противоположное и превратится в замедление, направленное против движения автомобиля, а сила инерции окажется направленной в сторону движения автомобиля. Чтобы эта сила не выбросила нас вперёд через лобовое стекло автомобиля, мы пристёгиваемся ремнями.
Итак, достоверность описанного процесса появления и изменения направления силы инерции доказана миллионами жизней пассажиров, погибших в автоавариях за время использования автомобилей, а физики и механики – теоретики продолжают игнорировать это, считая, что сила инерции


При ускоренном движении автомобиля (рис. 2, b) на него действует ньютоновская сила





Это и есть первый закон механодинамики. Он гласит: ускоренное движение тела происходит под действием ньютоновской активной силы



Если соглашаться с Даламбером, который считал, что величина силы инерции


















Нетрудно видеть, что при полном отсутствии механических сил сопротивления



и

или

Это и есть условие движения тела в космосе при отсутствии сопротивлений. Из этого следует, что истинное инерциальное замедление

Таким образом, величина полного ускорения


В старой динамике инерциальная составляющая замедления





Из уравнений (4) следует, что сила инерции


а скалярная величина инерциального замедления


Величина полного ньютоновского ускорения


Если начальная скорость автомобиля





В принципе, при решении задач, можно принимать величину скорости



Таким образом, имеются все данные необходимые для определения инерциального замедления




Если определяются силы сопротивления движению тела, то делать это надо только при его равномерном движении. Если же сумму сил



Второй закон механодинамики
Когда автомобиль начинает двигаться равномерно (рис. 3, b), то сила инерции



Рис. 3. Схема сил, действующих на равномерно движущийся автомобиль
Это и есть второй закон механодинамики – закон равномерного прямолинейного движения тела (бывший первый закон ньютоновской динамики). Он гасит: равномерное движение тела при отсутствии сопротивлений (рис. 1, а, позиция 1) происходит под действием силы инерции




Таким образом, суть второго закона механодинамики заключается в том, что равномерное движение автомобиля (тела) обеспечивает сила инерции





В космосе, где нет механических сопротивлений движению, не требуется постоянная сила для их преодоления. Поэтому при переходе тела от ускоренного к равномерному движению, сила инерции меняет своё направление на противоположное и таким образом обеспечивает его равномерное прямолинейное движение с постоянной скоростью

А теперь обращаем внимание ещё раз на главную многовековую ошибку механиков. Для этого перепишем уравнение (12) так

Это и есть математическая модель второго закона механодинамики (бывшего первого закона динамики). Более 300лет не было математической модели для описания равномерного движения тела. Теперь она есть (12), (13).
Третий закон механодинамики
Конечно, надо иметь чёткое представление об изменении направления силы инерции при переходе от равномерного к замедленному движению тела (автомобиля). Когда автомобиль переходит от равномерного движения к замедленному, то первичная сила инерции



Рис. 4. Схема сил, действующих на замедленно движущийся автомобиль
Таким образом, если автомобиль переходит от равномерного движения к замедленному, то прежня сила инерции




Это и есть математическая модель 3-го ЗАКОНА механодинамики. Он гласит: замедленное движение твёрдого тела управляется превышением сил сопротивления движению над силой инерции.
Если выключить коробку передач автомобиля, то активная сила




Теперь мы можем успокоить пилотов. Равномерный полёт их самолёта описывает новый второй закон механодинамики (12). Согласно этому закону сумма сил, действующих на равномерно летящий самолет, не равна нулю (13). Сила, движущая самолёт равномерно, является силой инерции, которая была направлена противоположно его движению, когда он двигался ускоренно (взлетал). Как только самолет начинает лететь равномерно, то сила инерции изменяет своё направление на противоположное и совпадает с силой, создаваемой двигателями самолета. В результате сила инерции начинает обеспечивать равномерный полёт самолета, а силы двигателей самолета - преодолевать силы сопротивления его полету. Таким образом, равномерный полёт самолета управляется новым вторым законом механодинамики (12), согласно которому сумма сил, действующих на него, не равна нолю.
Обратим внимание на то, что расстояние




4-й ЗАКОН механодинамики (равенство действия противодействию). Силы, с которыми действуют друг на друга два тела (рис. 1, а, поз. 2), всегда равны по модулю и направлены по прямой, соединяющей центры масс этих тел, в противоположные стороны.
На второй позиции рис. 1, а видно, что сила





Поскольку



То есть ускорения, которые сообщают друг другу два тела, обратно пропорциональны их массам. Эти ускорения направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны. Следует особо отметить, что четвёртый закон механодинамики отражает взаимодействие тел, как на расстоянии (рис. 1, а, позиция 2), так при непосредственном контакте (рис. 5). На рис. 5 показано, что в момент контакта тел A и B силы





Рис.5. Схема контактного взаимодействия двух тел
Силы инерции


5-й ЗАКОН механодинамики (независимость действия сил). При одновременном действии на тело или точку нескольких сил сопротивления движению






где






Это математическая модель 5-го ЗАКОНА механодинамики. Он гласит: при ускоренном движении твердого тела ньютоновское ускорение, формируемое ньютоновской силой, равно сумме замедлений, формируемых всеми силами сопротивлений движению.
А теперь вспомним эксперимент Галилея, в котором он поместил тела разной массы и плотности в трубку. Выкачал из неё воздух, и оказалось, что, если расположить её вертикально, то все тела падают вниз с одной и той же скоростью. Поскольку в соответствии с основным законом механодинамики сила, действующая на тело, равна произведению массы на ускорение, то кажется, что тела разной массы должны двигаться с разной скоростью, но это не наблюдается. Почему?

Рис. 6. Схема действия сил на тела, движущиеся в трубке с выкаченным воздухом
Конечно, если бы на тела в трубке с откаченным воздухом (рис. 6) действовала одна сила тяжести





Поскольку

то масса материального тела равна его весу


В качестве единицы измерения силы в системе единиц СИ принят Ньютон (Н). Один Ньютон - сила, сообщающая массе в 1 кг ускорение

В технической системе единиц в качестве единицы измерения силы принят 1 кГ, а массы -




Новые знания по механодинамике позволяют точно определить силы сопротивления движению любого тела. Метод определения этих сил следует из формул (3-11). Если определяются силы сопротивления движению автомобиля, то надо выбрать прямолинейный горизонтальный участок дороги, проехать по нему заданное расстояние с заданной постоянной скоростью и измерить расход топлива. Энергия этого топлива будет равна работе силы




Если же подобный эксперимент проводить при ускоренном движении автомобиля, то, в соответствии с формулой (3), сила инерции


Ньютоновская или движущая сила определится по второму закону Ньютона

Ньютоновское ускорение


ВТОРАЯ ЛЕКЦИЯ
МЕХАНОДИНАМИКА КРИВОЛИНЕЙНОГО УСКОРЕННОГО, РАВНОМЕРНОГО И ЗАМЕДЛЕННОГО ДВИЖЕНИЙ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ
Механодинамика ускоренного криволинейного движения точки
Криволинейное движение точки описывается обычно в естественной системе координат, имеющей нормальную ось







Рис. 7. Схема ускорений и сил, действующих на материальную точку, движущуюся
криволинейно и ускоренно
Поскольку движение криволинейное, то нормальная составляющая






При ускоренном криволинейном движении на материальную точку действует ньютоновская (движущая сила)





Вектор ньютоновской силы












Таким образом, уравнение сил, действующих на материальную точку вдоль касательной к криволинейной траектории, запишется так

или

Как видно, уравнения (21) и (22) аналогичны уравнениям сил (3) и (4), действующих на ускоренно движущееся тело при прямолинейном движении. Для решения этого уравнения необходимо знать ускорение



Зная уравнение движения точки (23), находим её скорость

и касательное ускорение

Модуль нормального ускорения



где

Модуль замедления






Из этого уравнения следует, что замедление



или

Таким образом, новые законы механодинамики позволяют корректно описать процесс криволинейного ускоренного движения материальной точки. Приступим к описанию равномерного криволинейного движения точки.
Механодинамика равномерного криволинейного движения точки
При равномерном криволинейном движении точки касательное ускорение




Рис. 8. Схема сил, действующих на материальную точку при равномерном криволинейном движении
Напомним, что сумма сил сопротивлений







Физическая суть уравнения (30) заключается в следующем. Движущая касательная сила



Механодинамика замедленного криволинейного движения точки
При переходе материальной точки от равномерного к замедленному криволинейному движению касательная составляющая












Рис. 9. Схема ускорений и сил, действующих на точку при её криволинейном
замедленном движении
При переходе точки к замедленному движению сумма сил сопротивления движению


Новые знания по механодинамике позволяют точно определить силы сопротивления движению любого тела. Метод определения этих сил следует из формулы (30). Если определяются силы сопротивления движению точки, то делать это надо только при её равномерном движении. Если же сумму сил



Ньютоновская или движущая сила при криволинейном движении определятся по основному закону Ньютона

Полное ньютоновское ускорение




поэтому, если известны



Отметим, что если радиус кривизны траектории движения точки постоянен

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленные две вводные лекции по механодинамике имеют достаточно информации для пересмотра всех других разделов ошибочной ньютоновской старой динамики. Специалисты по теоретической механике, поняв суть первых двух лекций, напишут все остальные без нашего участия. Но если они не поймут суть ошибочности первого закона Ньютона, то ошибочная динамика ещё долго будет существовать.
Литература
1. Канарёв Ф.М. «Начала физхимии микромира». Монография. Краснодар. 2010. 1050 стр.