Термодинамика реальных процессов
Шрифт:
2. Условия нарушения закона сохранения количества движения.
Несоблюдение в определенных условиях третьего закона Ньютона автоматически решает проблему нарушения закона сохранения количества (и момента количества) движения.
Действительно, из-за разного хода времени и нарушения третьего закона на тела действуют неодинаковые импульсы, причем
Рх2 d?2 > Рх1 d?1
Это объясняется тем, что в уравнение (312) сила входит в первой, степени, а ход времени - в квадрате. Поэтому ускоренный ход времени на первом теле не в состоянии скомпенсировать уменьшение первой силы. Например, если первый ход больше второго в 2 раза, то первая сила окажется меньше второй в 4 раза. В результате
Импульсы сил равны изменениям соответствующих количеств движения (см. формулу (315)), поэтому
d(m?)1 < d(m?)2
Это значит, что суммарное количество движения двух тел до взаимодействия (?m?)’ оказывается не равным суммарному количеству движения тех же тел после взаимодействия (?m?)”, причем
(?m?)’ > (?m?)” (331)
ибо первое тело теряет часть своего импульса в ходе взаимодействия.
Следовательно, при механических взаимодействиях тел с разным ходом времени нарушается не только третий закон Ньютона, но и закон сохранения количества движения (импульса) (см. уравнения (330) и (331)). Все сказанное относится также к закону сохранения момента количества движения и к упомянутому в параграфе 14 гл. XV закону сохранения количества вибродвижения. В результате взаимодействия возникает нескомпенсированная внутренняя сила Рхв , направленная в сторону тела с ускоренным ходом времени; это же тело обладает заниженным количеством движения; суммарное количество движения обоих тел после взаимодействия тоже уменьшается. На практике соответствующая ситуация возникает, например, при бета-распаде ядер, где замедленным ходом времени располагает быстро движущаяся бета-частица.
В приведенных рассуждениях величины d?1 , d?2 и dt характеризуют ход реального времени на первом и втором телах, а также ход эталонного времени; они могут быть равны длительности взаимодействия (удара) или быть пропорциональными этой длительности. В общем случае имеет место соотношение
d?1 ? d?2 ? dt (332)
Это неравенство определяет условия нарушения третьего закона Ньютона и закона сохранения количества движения. Возникающие нарушения тем значительнее, чем больше различаются между собой указанные величины.
Для нас привычными являются случаи, когда ход реального времени на взаимодействующих телах практически одинаков и его можно принять равным ходу эталонного времени. Это соответствует условию
d?1 ? d?2 ? dt (333)
при котором упомянутые законы практически сохраняют свою силу. Именно при подобных условиях выполняли свои опыты Рен, Мариотт, Ньютон и другие авторы.
Таковы выводы-прогнозы ОТ. Они в корне противоречат существующим представлениям и поэтому ставят вопрос жестко: быть или не быть ОТ. Для реализации в опыте этих выводов я рассмотрю несколько схем механических устройств, в которых возникает нескомпенсированная внутренняя сила и которые получили наименование безопорных движителей (БМ) [ТРП, стр.416-418].
3. Возникновение внутренней силы в устройствах типа БМ-28.
При выборе соответствующих устройств я буду руководствоваться идеей, чтобы они отличались наибольшей простотой, наглядностью и доступностью. Это обстоятельство мне представляется крайне важным: я придаю особое значение тому, чтобы каждый желающий мог легко повторить эксперимент и убедиться в правильности выводов ОТ. Принципиальная схема механического БМ описана в книге [21, с.214]. Простейшим устройством подобного рода могут служить, как уже говорилось, два соударяющихся тела. Однако удар - это слишком грубый процесс, другой недостаток простого удара - его однократность.
Очевидно, что надо осуществить непрерывный круговой процесс изменения состояния движения тела, повторять его быстро и многократно, тогда получится безостановочно действующая внутренняя сила, которую нетрудно измерить. Например, соответствующий
Для конкретности предположим, что в зоне А тело имеет большую скорость ?А , в зоне С - малую ?С , а в зонах В и D - промежуточную ?В и ?D , ибо в зоне В тело тормозится, а в зоне D разгоняется и затем вновь приходит в исходное состояние А. Чтобы детально проанализировать силовую ситуацию в этих условиях, надо знать закон изменения скорости и интегрировать процесс по всей окружности. Однако для грубого качественного анализа вполне достаточно ограничиться рассмотрением лишь четырех наиболее характерных зон – А, В и С и D.
В зонах А и С скорости изменяются мало, поэтому ускорениями можно пренебречь и ориентироваться на первое равенство (237) и уравнение (329). Согласно этим уравнениям, центробежная сила тела в зоне А претерпевает максимальное хрональное уменьшение на величину РхА , а в зоне С - минимальное на величину РхС (рис. 17, б). Реакция опоры, не имеющей такой высокой скорости, как тело, испытывает пренебрежимо малые хрональные изменения. Поэтому в системе появляется за цикл (за один оборот) нескомпенсированная внутренняя (хрональная) сила Рхх = РхА - РхС , действующая со стороны опоры и направленная вверх.
Что касается зон В и D, то здесь на эффект скоростного ослабления центробежной силы накладывается также эффект, обусловленный ускорением. О последнем эффекте можно судить по второму равенству (237) и уравнению (328). При симметричном процессе скорости и ускорения в зонах В и D одинаковы по величине и противоположны по знакам, поэтому нескомпенсированные силы гасят друг друга (РхВ = - РхD ). В результате равнодействующая всех четырех сил за цикл остается равной Рхх .
На первый взгляд может показаться, что эта сила должна быть направлена вниз, то есть в сторону, где скорость и центробежная сила тела максимальны. Чтобы такого ощущения не возникало, надо не упускать из виду, что речь идет не о самой центробежной силе Рц , а только о ее хрональном уменьшении, избыточные же по отношению к хрональным силы благополучно гасятся внутри системы. При этом направление хрональной силы Рхх от направления вращения тела не зависит, оно целиком определяется относительной ориентацией максимальной и минимальной скоростей: сила Рхх всегда направлена в сторону минимальной скорости. Это важно помнить при обсуждении опытных данных.
На примере группы механических явлений (и БМ) полезно еще раз оговорить разницу, существующую между малой скоростью хода (малым ходом, малым отрезком) реального времени d?, входящей в уравнения (312), (315) и т.д., и ускорением (изменением, приращением) хода реального времени d?, входящим во второе равенство (237). Ускорение хода времени всегда обусловлено только изменением (приращением) хронала (второе равенство (237) и уравнение (328)), а скорость хода времени обычно рассматривается при постоянном значении хронала или приводится к нему, то есть к постоянному ходу реального или эталонного времени.
Описанный круговой процесс можно осуществить с помощью самых различных механизмов. Например, можно применить простейшее устройство БМ-28 (рис. 17, в), в котором шарики, ролики или стерженьки 1 катятся или скользят по кольцу 2, скрепленному с корпусом электродвигателя 7 [9, с.44]. Водилом служит диск 3 с отверстиями 4, насаженный на вал 5 двигателя. Ось кольца 2 смещена относительно оси двигателя на величину ?. При равномерном вращении двигателя в зоне А шарики катятся на большем радиусе, чем в зоне С, поэтому обладают большей скоростью. Для общего повышения скорости шариков путем уменьшения их трения о кольцо в качестве последнего целесообразно использовать соответствующий шариковый или роликовый подшипник, состоящий из подвижного кольца 2 и неподвижного 6.