СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Вход или Регистрация

ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Научно-техническая библиотекаНаучно-техническая библиотека SciTecLibrary
 
Cтатьи и Публикации    Пространство и время ПОНЯТИЕ ЭНЕРГИИ:ПРОБЛЕМА И РЕШЕНИЕ

 

ПОНЯТИЕ ЭНЕРГИИ:

ПРОБЛЕМА И РЕШЕНИЕ

 

© Оскембеков И.

Контакт с автором: Sakenosk@yandex.ru

 

 

Рассмотрены противоречия в общепринятых представлениях об энергии. На их основе выдвинуто предположение о существовании в физике проблемы в понимании энергии. Для решения проблемы предложена новая точка зрения на энергию.

 ________________________________________________________

Прежде чем начать разговор о понятии энергии важно определиться с тем, что такое понятие.

Понятие заключает в себе знания об объекте. Но, совокупность знаний еще не является понятием. Для перехода количества знаний в новое качество – понятие, необходима систематизация этих знаний. Благодаря систематизации знания, с одной стороны, создают образ объекта, с другой, формируют само понятие. Следовательно, понятие можно определить, как систему знаний.

Понятие энергии, на мой взгляд, не вписывается в рамки данного определения. Существующие знания об энергии не образуют систему. Более того, они находятся в противоречии друг с другом. Противоречия имеют настолько серьезный характер, что требуют принятия кардинальных решений.

Что же это за противоречия? Рассмотрим некоторые из них.

1. Закон сохранения энергии гласит, что энергия не возникает из ничего и не исчезает, она переходит из одной формы в другую [1]. Но энергия всего лишь физическая величина, которая служит мерой движения материи [2]. Поэтому закон сохранения энергии предполагает существование закона сохранения движения материи – движение материи сохраняется, превращаясь из одной формы в другую, движение материи не создается и не уничтожается.

Данному закону, как и закону сохранения энергии, должны подчиняться все процессы, в том числе и процессы, протекающие в консервативных системах.

Консервативные системы – это системы, где действуют только консервативные силы, т.е. силы, работа которых определяется начальным и конечным положениями системы. В консервативных системах имеет место закон сохранения механической энергии [3]. Согласно этому закону сумма кинетической и потенциальной энергий постоянна. Тем самым закон сохранения механической энергии допускает возможность протекания в консервативных системах всего лишь двух видов превращения механической энергии – кинетической энергии в потенциальную и потенциальной энергии в кинетическую. Учитывая это обстоятельство, а также то, что кинетическая и потенциальная энергии являются мерами, соответственно, механического движения и взаимодействия [1, 2], закону сохранения движения материи можно придать форму следующего положения.

Данное положение находится в согласии с процессами, протекающими в консервативных системах, где взаимодействие носит характер отталкивания (например, электромагнитное взаимодействие одноименно заряженных частиц). В таких системах механическое движение отталкивающихся объектов и их взаимодействие меняются в противоположных направлениях. В частности, в процессе сближения отталкивающихся объектов их механическое движение уменьшается, а взаимодействие увеличивается. В случае удаления объектов друг от друга их механическое движение увеличивается при уменьшении взаимодействия.

Но в консервативных системах, где взаимодействие носит характер притяжения (например, гравитационное взаимодействие, электромагнитное взаимодействие разноименно заряженных частиц), положение о сохранении движения не выполняется. Здесь механическое движение и взаимодействие притягивающихся объектов меняются в одинаковых направлениях – они увеличиваются при сближении объектов и уменьшаются при взаимном удалении объектов. Получается, что при сближении притягивающихся объектов их механическое движение и взаимодействие появляются из ничего и исчезают при взаимном удалении объектов.

Следовательно, процессы изменения притяжения, протекающие в консервативных системах, противоречат закону сохранения движения материи, а значит и закону сохранения энергии.

2. Аналогичный вывод дают следующие рассуждения.

Из определения потенциальной энергии, как меры взаимодействия, вытекает условие, что состоянию отсутствия взаимодействия соответствует нулевой запас потенциальной энергии. Учитывая, что к такому состоянию объекты стремятся при удалении друг от друга, можно сформулировать следующее положение.

В консервативных системах, где действуют силы отталкивания, “другой” формой энергии, в которую превращается потенциальная энергия (и которая превращается в потенциальную энергию), является кинетическая энергия.

В консервативных системах, где действуют силы притяжения, кинетическая энергия уже не может играть роль “другой” формы энергии. В данных системах запас потенциальной энергии меняется так же, как и запас кинетической энергии – они одинаково увеличиваются или уменьшаются. Такое изменение форм энергии исключает возможность их превращения друг в друга и подразумевает, что в консервативных системах в процессе сближения притягивающихся объектов потенциальная и кинетическая энергии, в противоречие закону сохранения энергии, появляются из ничего и исчезают, когда объекты удаляются друг от друга.

Предположение (в соответствие общепринятому мнению), что в консервативных системах притягивающихся объектов кинетическая и потенциальная энергии превращаются друг в друга и меняются во взаимообратных направлениях (как того требует закон сохранения энергии), неприемлемо в рамках представлений о потенциальной энергии. Например, превращение кинетической энергии в потенциальную энергию при удалении притягивающихся объектов друг от друга (т.е. в процессе уменьшения взаимодействия) означает, что запас потенциальной энергии увеличивается и система стремится к состоянию отсутствия взаимодействия с максимальным (не нулевым!) запасом потенциальной энергии. Эти два обстоятельства (во-первых, увеличение запаса потенциальной энергии при уменьшении взаимодействия и, во-вторых, не нулевой запас потенциальной энергии при отсутствующем взаимодействии) лишают потенциальную энергию физического смысла.

3. Движение – способ существования материи. Оно – атрибут, неотъемлемое свойство материи. Движение абсолютно, т.е. не зависит от способа рассмотрения [4].

Механическое движение не отвечает таким характеристикам движения материи. Во-первых, механическое движение относительно, зависит от выбора тела отсчета. Если для одних тел отсчета объект движется, то обязательно найдутся другие тела, для которых этот же объект покоится. Во-вторых, механическое движение, строго говоря, не является свойством объекта. Это следует из определения механического движения, как изменения с течением времени взаимного положения тел или их частиц в пространстве [3]. Данное определение предполагает, что с механическим движением непосредственно связаны, как минимум, два тела – объект, движение которого рассматривается, и тело отсчета, по отношению к которому происходит движение объекта. Т.е., механическое движение – свойство не объекта, а механической системы, состоящей из объекта и тела отсчета.

Взаимодействие тоже не вписывается в рамки определения движения материи. Взаимодействие не рассматривается как свойство отдельного объекта. Оно – свойство системы воздействующих друг на друга объектов.

Получается, что механическое движение и взаимодействие не являются формами движения материи.

Тогда и кинетическую энергию, как меру механического движения, и потенциальную энергию, как меру взаимодействия, нельзя считать энергиями, т.к. энергия – мера движения материи.

4. Из опыта известно, что тело можно вывести из состояния покоя действием силы. Однако такой опытный факт не согласуется с определением работы силы

, (1)

где А – работа, Fs – проекция силы на направление перемещения, ds – перемещение точки приложения силы [1].

Пояснение сути противоречия начнем с двух положений.

Из этих положений следует, что

    1. состояние покоя и состояние движения тела не совпадают по времени,
    2. переход из состояния покоя в состояние поступательного движения осуществляется без перемещения тела,
    3. в процессе данного перехода совершается работа, в результате которой у тела появляется кинетическая энергия.

Работу должна совершить сила, действующая на тело, за счет превращения потенциальной энергии взаимодействия тела с субъектом действия силы. Но в данном случае, когда нет перемещения, выражение (1) запрещает силе совершать работу. Без кинетической энергии тело не может перемещаться. Возникает тупиковая ситуация: чтобы тело начало двигаться, ему нужно сообщить энергию, но чтобы получить эту энергию, тело должно начать двигаться.

Получается, что в рамках определения механической работы сила не способна вывести тело из состояния покоя. Тогда опытный факт действия силы является нарушением закона сохранения энергии – в процессе выхода тела из состояния покоя его кинетическая энергия появляется из ниоткуда.

5. Перемещение в выражении (1) характеризует процесс изменения положения объекта относительно инерциальной системы отсчета. Это обстоятельство не согласуется с определением потенциальной энергии, как энергии, зависящей от взаимного положения объектов [3].

Определение потенциальной энергии предполагает, что изменению потенциальной энергии отвечает изменение взаимного положения взаимодействующих объектов. Следовательно, в определение работы, как процесса изменения потенциальной энергии, должно входить перемещение s*, которое характеризует процесс перемещения тела относительно субъекта действия силы:

. (2)

Но такое следствие не вписывается в рамки закона сохранения энергии. Выражение (2) допускает неприемлемое изменение кинетической энергии. Например, в случае, когда субъект действия силы и тело движутся относительно инерциальной системы отсчета с положительным одинаковым ускорением, взаимного изменения положения не происходит (s*=0). Работа не совершается (А=0): потенциальная энергия Еп взаимодействия тела с субъектом действия силы не превращается в кинетическую энергию Ек тела (ΔЕп = 0). Положительное ускорение означает увеличение кинетической энергии (ΔЕк > 0), которое, в свою очередь, нарушает закон сохранения энергии (ΔЕп ≠ ΔЕк).

Получается неопределенность в отношении того, какое перемещение должно определять работу, чтобы быть в согласии и с определением потенциальной энергии, и с законом сохранения энергии.

6. Определение работы противоречит не только опыту и определению потенциальной энергии, но и определению силы.

Сила, как мера взаимодействия [3], является характеристикой состояния. По этой причине она не может определять работу, т.к. работа – процесс изменения состояния.

Здесь логичнее было бы использовать изменение силы (ΔF), если бы не закон сохранения энергии. Например, в случае равноускоренного движения, когда действует постоянная сила, имеем ΔF=0 и А=0. Потенциальная энергия постоянна, а изменение кинетической энергии означает ΔЕп ≠ ΔЕк, что запрещено законом сохранения энергии.

Как и в предыдущем примере получается неопределенность, но уже в отношении силы.

Таким образом, на основании рассмотренных примеров можно говорить о существовании в физике проблемы понятия энергии, которая заключается в отсутствии системы в знаниях об энергии.

В чем видится решение этой проблемы?

На мой взгляд, причина, обуславливающая проблему, заключается в определении энергии. Вероятно, энергия имеет иной смысл, чем мера движения материи. Эта мысль нашла свое отражение в предлагаемой здесь идее решения проблемы. Идея сводится к принятию следующих положений.

Энергию объекта можно обозначить через Е с единицей джоуль:

[Е] = 1 Дж . (3)

В качестве синонима можно использовать термин внутренней энергии с обозначением U.

Для энергии взаимодействия еще можно принять название работы с обозначением А и единицей джоуль:

[А] = 1 Дж . (4)

Работа, совершаемая над объектом, означает энергию (т.е. количество материи), поглощаемую объектом в процессе взаимодействия. Работа, совершаемая объектом, - энергия, выделяемая взаимодействующим объектом.

Если за силой сохранить обозначение F, то получим

Fi = dE / dt (5)

или

Fi = dА / dt , (6)

где Fi – сила, действующая на i-го объекта, dE, – количества выделяемой или поглощаемой энергии данным объектом за время dt. Работа, соответственно, будет определяться интегралом

. (7)

Это положение следует из третьего закона Ньютона.

Механическое движение является составной частью взаимодействия и поэтому не имеет самостоятельного значения.

А = Δεi , (8)

согласно которого работа А, совершаемая над i-ым объектом (или совершаемая i-ым объектом), равна изменению энергии данного объекта Δεi.

. (9)

Два последних положения следуют из допущения, что материя качественно однородна, не испытывает превращений и сохраняется.

Такова новая точка зрения на энергию. Здесь приведены только некоторые ее положения. Дальнейшее изложение требует пересмотра других понятий физики.

 

 

Литература

 

  1. Д.В. Сивухин. Общий курс физики. Т. 1. Механика. М.: Наука, 1989. 576 с.
  2. А.Г. Чертов. Физические величины. М.: Высшая школа, 1990. 335 с.
  3. Физический энциклопедический словарь /Гл. ред. А.М. Прохоров. М.: Сов. энциклопедия, 1983. 928 с.
  4. Философский энциклопедический словарь /Гл. ред. Л.Ф. Ильичев и др. М.: Сов. энциклопедия, 1983. 840 с.

  

Дата публикации: 26 октября 2008
Источник: SciTecLibrary.ru

Вы можете оставить свой комментарий по этой статье или прочитать мнения других в следующих разделах ФОРУМА:
Свернуть Защита интеллектуальной собственности и авторских прав
Диспуты по темам изобретательства. Вопросы по изобретениям, проблемы на пути изобретателей и методы их решения.
Патентование. Все о патентовании изобретений, полезных моделей, промышленных образцов и товарных знаков.
Нерешенные задачи. Здесь идет обсуждение нерешенных задач: безопорный двигатель, вечный двигатель, преодоление гравитации и пр.
Свернуть Точные науки и дисциплины
Дебаты по Теории Относительности Эйнштейна. Все кому не лень хотят опровергнуть Теорию Относительности Эйнштейна. Вам предоставляется слово для аргументации.
Физика, астрономия, математические решения. Физико-математические вопросы, наблюдения, исследования, теории и их решение.
Физика альтернативная. Новые взгляды на физические законы, теории, эксперименты, не вписывающиеся в общепринятые законы физики.
Teхника, узлы, механизмы, электроника и аппаратура. Все про технику, приборы, детали, узлы и механизмы. Электроника, компьютеры, программное обеспечение. Новые технические решения в самых разных областях.
Биология, Генетика, Все о жизни. Генетика и другие вопросы биологии. Их развитие. Медицина. Биотехнологии, агротехника и сельское хозяйство. Эволюционные теории и альтернативные им.
Химия. Вопросы по химическим технологиям, разработкам и применению химических материалов. Химические элементы и их свойства.
Геология, все о Земле и ее обитателях. Геология, метеорология, антропология, сейсмология, атмосферные явления и непознанные эффекты природы.
Свернуть Мозговой штурм
Генератор решений. Здесь Вы можете заработать реальные деньги, помогая решать фирмам, предприятиям и частным лицам те или иные технические задачи, которые перед ними стоят. Те, кто ставят задачи перед участниками должны обозначить гонорар за ее решение и перевести указанную сумму на общий счет генератора.
Головоломки. Если у Вас есть желание поломать голову над интересными логическими задачами - Вам сюда.
Гипотезы. В этой теме идет обсуждение гипотез и предположений, основанных чисто на теории и логике.
Найди ляп! Этот раздел для тех, кто хочет мысленно расслабиться. Он посвящен задачам по поискам ляпов, которые встречаются в литературе, интернете, кино и на телевидении.
Свернуть Взгляд в будущее и настоящее
Глобальные темы. Вопросы касающиеся всех. Глобальные угрозы и злободневные темы современности.
Наука и ее развитие. Все о развитии науки, направлениях и перспективах движения научной мысли и знаний.
Новая Цивилизация. Принципы социального устройства новой цивилизации. Увеличение роли созидательного интеллекта... Отдалённые перспективы развития человечества...
Вопросы без ответов. Этот раздел посвящен вопросам и проблемам, которые до сих пор не решены. Предлагайте свои решения.
Военная стратегия и тактика современных боевых действий. Об особенностях современного военного искусства. Проблемные вопросы теории и практики подготовки вооруженных сил к войне, её планирование и ведение в различных конфликтах на планете.
Свернуть Гуманитарные науки и дисциплины
Философские дискуссии. Диспуты по вопросам жизни, сознания, бытия и иных философских понятий.
Экономика. Вопросы по экономике и о путях развития России и других стран.
Социология, Политология, Психология. В этом разделе обсуждаются вопросы, как отдельных частных исследований данных наук, так и проблема соотношения этих наук с остальными.
Образование. Все об образовании: как учить, кому учить, чему учить и кого учить.
Религия и атеизм. Вопросы религий и атеистические взгляды, религиозные споры.

Хотите разместить свою статью или публикацию, чтобы ее читали все?
Как это сделать - узнайте здесь.

Назад

 
О проекте Контакты Архив старого сайта

Copyright © SciTecLibrary © 2000-2017

Агентство научно-технической информации Научно-техническая библиотека SciTecLibrary. Свид. ФС77-20137 от 23.11.2004.