Нарушение законов механики в электромагнетизме

Сб, 11/28/2015 - 00:28

Артефакт второй

Этот артефакт получен в результате физического эксперимента. Для понимания его сути необходимы некоторые предварительные замечания.
Рассмотрим абсолютно упругое, то есть без потерь энергии, соударение двух тел, например, двух биллиардных шаров. Пусть шары равномерно движутся навстречу друг другу по общей прямой. Для простоты положим, что скорости движения шаров равны. В момент их соприкосновения в точке соприкосновения возникают упругие деформации, создающие силу упругости, подобную силе сжимающейся пружины, которая противодействует движению шаров. В полном соответствии со Вторым законом Ньютона шары начинают двигаться с ускорениями, уменьшающими их скорости. При этом в соответствии с Третьим законом Ньютона упругая сила действует одинаково как на первый шар, так и на второй. В некоторый момент шары останавливаются, затем начинают двигаться в противоположных направлениях. После того, как шары вышли из соприкосновения, деформации исчезают (гипотетическая пружина полностью распрямилась), шары снова двигаются равномерно. Ключевым моментом в этом примере является то, что характер движения шаров (равномерный или ускоренный) ввиду действия Третьего закона Ньютона меняется синхронно: оба шара одновременно движутся либо равномерно, либо ускоренно. Иными словами, первый шар может двигаться ускоренно, если ускоренно движется второй шар, и наоборот. Направления векторов ускорения шаров при этом противоположны. Этот вывод может быть обобщен следующим образом: если какое-либо тело движется ускоренно, обязательно существует другое тело, которое движется ускоренно в противоположном направлении. Может быть сделано еще более сильное обобщение: не существует ускоренного движения тела без ускоренного движения другого тела в противоположном направлении. Для создания ускоренного движения одно тело обязательно должно отталкиваться от другого тела.
Используя Третий закон, чисто логическим путем, с помощью формального аппарата математики можно доказать, что аналогичный эффект существует и для вращательного движения. Для того чтобы тело ускоренно вращалось относительно какой-либо оси, необходимо, чтобы другое тело ускоренно вращалось относительно той же оси в противоположном направлении. Иными словами, для создания ускоренного вращения одно тело обязательно должно отталкиваться от другого тела, которое при этом ускоренно вращается в противоположном направлении.
Примеров, подтверждающих описанные явления, можно привести очень много. Артиллерийский снаряд, вылетая из ствола орудия, отталкивается от ствола, который получает ускорение в противоположном направлении. Ракета создает ускоренное движение, отбрасывая назад газ из ракетного двигателя и отталкиваясь от газа. Такое движение ракеты называется реактивным, хотя реактивным в принципе можно назвать любое ускоренное движение. Даже автомобиль отталкивается от тела, которое называется планета Земля, когда водитель давит на педаль газа или на педаль тормоза. При этом изменяется скорость вращения Земли и скорость ее движения по орбите. Только благодаря тому, что масса автомобиля несоизмеримо меньше массы Земли, мы этого не замечаем.

Отталкивание при ускоренном вращательном движении можно увидеть в момент включения в сеть стоящего на полу пылесоса с вертикальным расположением оси вращения якоря электродвигателя. В момент включения двигатель развивает максимальный вращательный момент, его якорь начинает вращение с максимальным угловым ускорением. Эффект отталкивания якоря от статора создается за счет взаимодействия магнитных полей якоря и статора, который конструктивно закреплен на корпусе пылесоса. Как правило, вращающий момент намного превышает момент трения между корпусом пылесоса и полом, и статор вместе с корпусом пылесоса начинают вращаться в сторону, противоположную вращению якоря.
После этих пространных, но необходимых замечаний приступим непосредственно к рассмотрению физического эксперимента. Экспериментальная установка (см. рис. 3) состоит из двух кольцевых постоянных магнитов 1, которые могут вращаться вокруг оси 3 на шариковых подшипниках 5. Между кольцевыми магнитами на оси 3 закреплен тонкий проводящий диск 2 (диск Фарадея), который может вращаться вместе с осью независимо от магнитов. Северный и южный полюса магнитов ориентированы так, что их магнитные поля складываются и пронизывают плоскость диска. Для уменьшения магнитного сопротивления между магнитами к ним прикреплены диски 4, изготовленные из материала с высокой магнитной проницаемостью. К краю диска 2 и к оси 3 присоединены скользящие контакты 6, между выводами от контактов включен гальванометр 7. Для наглядности расстояния между магнитами и диском Фарадея на рисунке увеличены.

Внимательный читатель легко узнает в описанном устройстве несколько видоизмененную электрическую машину Фарадея, созданную им в 1831 году. Если застопорить магниты и вращать диск, через гальванометр потечет постоянный электрический ток, т.е. машина работает как электрический генератор. Если вместо гальванометра включить источник электрического тока, по цепи ось — диск Фарадея — скользящий контакт потечет ток, и диск начнет вращаться, т.е. машина начинает работать как электродвигатель. Таким образом, машина Фарадея обладает свойством обратимости. Эти факты хорошо известны из школьного курса физики.

Наш вариант машины имеет подвижные магниты, поэтому в режиме генератора возможны следующие варианты ее работы:

1. магниты и диск неподвижны;
2. магниты неподвижны, диск вращается;
3. магниты вращаются синхронно, диск неподвижен;
4. магниты и диск вращаются с одинаковой скоростью.

Зададимся вопросом: каковы будут показания гальванометра для каждого из вариантов?
Читатель, хорошо усвоивший школьный курс физики, представляющий, что такое относительное движение по Галилею и способ сложения скоростей по Галилею, уверенно и однозначно ответит на вопрос, следующим образом заполнив таблицу 1.

И при этом окажется неправ.
Эксперимент дает несколько другие результаты, которые сведены в таблицу 2.

С точки зрения наших сегодняшних знаний и обычного здравого смысла результат неожиданный. Из таблицы видно, что наличие или отсутствие тока через гальванометр зависит только от состояния диска. Еще более неожиданный результат дает тест на обратимость нашей машины в четвертом варианте работы. Если скрепить механически магниты и диск, т.е. реализовать четвертый вариант, и вместо гальванометра включить источник тока, магниты и диск начнут вращаться с постоянной скоростью.
Далее рассуждаем следующим образом. До момента подключения системы к источнику тока магниты и диск были неподвижны. Через некоторое время после подключения источника тока установилось вращение с постоянной скоростью. Следовательно, в промежутке между начальным и конечным состояниями магниты и диск вращались ускоренно. При этом отсутствует видимый статор, от которого они могли бы отталкиваться для создания ускоренного вращения.

Таким образом, описанная электрическая машина работает в противоречии с Третьим законом Ньютона.

Другие материалы рубрики


  • Полное отсутствие проводов у электробытовых приборов и доступ к электроэнергии в любой точке земного шара без ограничений, в требуемом количестве — имея при себе лишь передатчик размером со спичечный коробок…

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...В некоторых же отношениях электроны ведут себя подобно волнам. Человеческое воображение бессильно представить нечто такое, что может быть одновременно и волной, и частицей, но само по себе существование дуализма волна-частица, которая называется корпускулярно-волновым дуализмом, не вызывает сомнения. Так, объект, который обычно считают волной, обретает в микромире свойство частицы, например, световая волна, ведет себя подобно потоку частиц, выбивая электроны с поверхности металла (фотоэлектронный эффект). Частицы света называются фотонам, и физики относят их наряду с электронами и кварками к фундаментальным частицам. Наглядно представить волну-частицу невозможно, не стоит и пытаться, потому что в повседневной жизни нет ничего такого, что хотя бы отдаленно напоминало подобную нелепость...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • В 1905 г. Альберт Эйнштейн предложил частную теорию относительности и опроверг представление о свете как о колебаниях гипотетической среды — эфира. Великий физик утверждал, что, в отличие от звуковых, световые волны могут распространяться в вакууме и для их существования не требуется какой-либо материальной среды. Это справедливо и в общей теории относительности, и в квантовой механике. Вплоть до сегодняшнего дня все экспериментальные данные в масштабах от субъядерного до галактического успешно объясняются названными теориями.
    Тем не менее существует серьезная концептуальная проблема: с позиций современной науки общая теория относительности и квантовая механика несовместимы. Гравитация, которую общая теория относительности приписывает искривлению пространственно-временного континуума, никак не вписывается в рамки квантовой механики. Физики сделали лишь небольшой шаг к пониманию сильно искривленной структуры пространства-времени, которая, согласно квантовой механике, должна наблюдаться на чрезвычайно малых расстояниях.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Около 40 лет назад ученый В. Веселаго предположил, что существуют материалы, у которых показатель преломления имеет отрицательную величину. Световые волны в таком веществе могут передвигаться против движения распространения светового луча и вести себя нестандартно. Линзы, которые изготовлены из такого материала, — иметь чуть ли не волшебные характеристики. Но Веселаго в процессе своей работы и многолетних поисков не обнаружил ни одного вещества, имеющего подходящие электромагнитные свойства, у всех исследованных им материалов показатель преломления оказался положительным. Потому о его идее вскоре забыли. Вспомнили о ней только в начале 21 века.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Шаровая молния — светящийся шар, который порой возникает при разряде линейной молнии, — одно из самых загадочных атмосферных явлений. Природа шаровой молнии до сих пор неизвестна, хотя первая научная публикация на эту тему — книга «Гром и молния» известного французского физика и астронома Франсуа Араго — была издана еще в 1838 году. Предлагаемая гипотеза — попытка объяснить механизм образования шаровой молнии на основе физики плазмы и газового разряда.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Как родилась и эволюционирует наша Вселенная? Почему кольца Сатурна такие тонкие, но протяженные? Почему активность Солнца изменяется периодически с периодом около 11 лет? Что вызвало гибель динозавров? Отчего нас так пугают ослепительные вспышки молний, оглушительные удары грома, неистовые землетрясения, разбушевавшиеся вулканы? Отчего во время шторма возникает «девятый вал»? Почему цунами — столь грозная стихия? Почему рельеф снежных заносов волнистый? Почему у ягуара тело пятнистое, а хвост полосатый? И что объединяет эти совершенно не связанные между собой явления? Оказывается, все они — результат нелинейности.



  • Ответ на вопрос, поставленный в заголовке, кажется очень простым... Действительно, стоит взять любую популярную книгу по авиации и даже некоторые издания, претендующие на роль учебника, как сразу натолкнетесь на уже ставшую хрестоматийной притчу о двух частицах воздуха, бегущих в струйках по крылу и встречающихся на задней кромке...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Известно, что в состав топлива входят такие горючие элементы, как углерод, водород и сера. Поэтому на основе предположения о том, что данные компоненты в топливе имеют вид смеси, можно осуществить подсчёт теплотворной способности данного топлива, как суммы компонентов смеси.



  • ...Технология плазменных ускорителей развивается семимильными шагами. Многие принципиальные проблемы уже решены, но создание конкретных устройств пока сопряжено с серьезными трудностями. В частности, инженерам еще предстоит повысить эффективность ускорителя (долю энергии ведущего импульса, которая передается ускоряемым частицам), точность настройки пучков (в точке столкновения они должны быть выровнены с точностью до единиц нанометров) и частоту повторения рабочих циклов (количество импульсов, ускоряемых за единицу времени). Плазменные установки могут ускорять и более тяжелые частицы, например, протоны. Однако тут есть одно важное требование: вводимые частицы должны двигаться почти со скоростью света, чтобы не отстать от плазменной волны. Это означает, что энергия ускоряемых протонов должна быть не меньше нескольких ГэВ...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Научно-технический прогресс — один из главных рычагов создания материально-технической базы будущего нашей страны, который возможен только на основе своевременного внедрения достижений современной науки путем использования всего арсенала средств, способствующих его ускорению.
    Революционные изменения в технике, на основе обновленных знаний, происходят в последние десятилетия столь стремительно, что часто приходится только удивляться новинкам. Творчество вечно, но, к сожалению, технические идеи часто остаются невостребованными.

    • Страницы
    • 1
    • 2