Логофизика. Способность к вращению

Перевод статьи на английский язык без разрешения автора запрещается!
Реферат статьи и любое использование опубликованного в статье материала в англоязычных публикациях без разрешения автора запрещается!
Упоминание о статье в англоязычных публикациях без разрешения автора запрещается!



Логофизика. Способность к вращению.
Продолжение публикации «Количество вращения» http://www.proza.ru/2019/02/01/1736.

Рассмотренное выше отношение физического тела к пространству системы отсчёта, в которой оно движется, имеет и обратную сторону – отношение системы отсчёта к физическому телу. Когда система не имеет отношения к телу, тело движется в пространстве в соответствии с возможностями и собственными способностями. Если же система хоть в какой-то мере имеет отношение к физическому телу, то его возможности и способности, или часть из них, зависят от системы отсчёта. То есть отношение системы к телу (игнорирование тела, влияние системы на тело или обладание телом) определяет не только наличие у физического тела конкретной способности к движению в этой системе, но и величину этой способности – энергию. Это значит, в свою очередь, что энергия тела изменяется, в зависимости от системы отсчёта, так же, как масса, импульс и скорость. Скорость движения, масса, а соответственно, импульс и энергия одного и того же тела, наблюдаемого в одно и то же время, но в разных системах отсчёта, будут различаться.

ВЕЛИЧИНА СПОСОБНОСТИ К ДВИЖЕНИЮ
У любого физического тела есть возможность двигаться в пространстве. Также и у каждой частицы, находящейся в составе физического тела или материальной среды, есть возможность двигаться в пространстве тела или среды. Эта возможность в обоих случаях – как для частицы, так и для тела – либо реальна в рассматриваемой системе, либо нет. Объективная реальность возможности физического тела двигаться – это способность тела к движению. Величиной способности, как уже сказано, является энергия.
В современной теоретической физике и других естественных науках энергия определяется невнятно, как «мера различных форм движения и взаимодействия материи», то есть налицо недопонимание термина «энергия», вследствие неопределённости термина «движение», потому что понятие «форма» применимо к пространству, но неприменимо к движению. А если под «формой» в данном случае подразумевается вид или способ движения, то мерой любых видов движения можно признать только скорость (линейную, угловую) или, в крайнем случае, частоту как меру процесса. Из-за этого недопонимания часто в естественнонаучных публикациях рассматривается «энергия движения», «энергия вещества», «гравитационная энергия», «информационная энергия» и прочая бессмыслица. В логофизике понятие энергии определяется проще, и в то же время, объёмнее, чем в современной теоретической физике.

Энергия – это мера способности материи к движению в рассматриваемой системе отсчёта координат.

То есть энергия является физической величиной, количественной характеристикой способности к движению, к действию. Способностью к движению могут обладать только материальные объекты, а значит, можно говорить о способности физического тела, частицы или конкретной (ограниченной) материальной среды. Больше ничего – ни гравитация, ни информация, ни движение – вообще ничто, кроме материи, способности к движению иметь не может. Например, если в математике мы говорим, что ветви графика параболы поднимаются или опускаются, то мы не подразумеваем, что эти объекты (графики) объективно совершают какие-то действия (поднимаются), так как они являются объектами Бытия, но не Вселенной, они нематериальны и способностью к движению не обладают.
Под движением понимается любое действие или процесс, любое изменение объективной или субъективной реальности в виде последовательных или периодичных, совместных или совокупных действий – изменение условий, изменение местоположения, изменение качества или количества и т.п. Но только движение материи есть объективная реальность. Движения любых других (нематериальных) объектов субъективны и являются только представлением (предположением, размышлением) субъекта.

В рассматриваемой системе отсчёта у физического тела способность к движению всего одна, то есть тело либо способно двигаться в данной системе, либо неспособно и находится в покое. Но физическое тело всегда, с точки зрения наблюдателя, находится не в одной системе отсчёта, а одновременно в разных – этих систем столько, сколько рассматривает наблюдатель, и в каждой системе способности к движению у тела различны. Например, можно сказать, что автомобиль движется горизонтально относительно неподвижного дерева, то есть имеет способность в инерциальной системе отсчёта, связанной с земной поверхностью. Также он движется и вертикально в подобной системе, проезжая вверх по крутому переулку, относительно определённого горизонтального уровня городских улиц. Однако он движется относительно своего места постоянной городской стоянки, то есть имеет способность в неинерциальной системе, связанной с центром (стоянкой), вокруг которого он ежедневно обращается. В то же время автомобиль вращается вокруг центра Земли, то есть имеет способность к движению во вращательной земной системе. При гололёде и резком торможении на скользкой дороге этот же автомобиль одновременно ко всем этим движениям вращается вокруг собственной оси, то есть имеет ещё одну способность, но связанную уже только с центром тяжести своего корпуса. Причём разные части автомобиля движутся по-разному (колёса, руль, корпус, водитель), то есть их способности, как суммарную способность машины, тоже одновременно можно рассматривать в системах отсчёта, связанных с корпусом машины или земной поверхностью.

Таким образом, наблюдатель в любой момент может отметить у любого физического тела несколько различных способностей к движению, в зависимости от того, сколько систем отсчёта он будет рассматривать. Но движение, как было показано в предыдущей статье, бывает лишь прямолинейным и вращательным. Принимая во внимание наличие двух видов систем отсчёта – инерциальной и вращательной, – а также двух видов скорости (линейной и угловой) и импульса (направленного и вращательного), можно сделать предположение, что способностей к движению должно быть также две – способность к перемещению и способность к вращению.
Имея в арсенале теоретической физики некоторые представления о механической энергии, включающей в себя энергию кинетическую и энергию потенциальную, знакомые всем со школьной скамьи, мы можем вполне уверенно использовать эти термины. Тогда величиной способности к перемещению необходимо «назначить» кинетическую энергию, поскольку эта величина определяется скоростью линейного перемещения физического тела в выбранной системе отсчёта. Величиной способности к вращению, в таком случае, можно считать энергию потенциальную, и тогда она характеризует способность тела к движению относительно центра системы отсчёта, в которой расположено это физическое тело.

Кинетическая энергия – мера способности физического тела к прямолинейному перемещению в инерциальной системе отсчёта координат.
Ек = М*v^2/2,
где М – масса физического тела, v – постоянная скорость прямолинейного движения тела в пространстве рассматриваемой системы отсчёта координат.
Из этого определения следует, что тело, вращающееся на одном месте вокруг собственного центра тяжести или своей оси, не имеет кинетической энергии. А физическое тело, вращающееся вокруг внешней оси или центра, обладает кинетической энергией относительно неподвижного центра системы только на прямолинейных участках между изменениями направления движения.

Таким образом, понятие кинетической энергии в логической физике намного проще, но строже, чем употребляющееся в современной теоретической физике, потому что о кинетической энергии, с позиции логофизики, можно говорить только применительно к линейному движению материи. А общим для разных взглядов на эту величину является то, что кинетическая энергия физического тела всегда равна сумме кинетических энергий всех материальных объектов, входящих в состав этого тела, относительно инерциальной системы, в которой тело движется, – это следует из прямолинейности движения.
Намного больше различий у логической физики и официальной теоретической физики в подходе к определению потенциальной энергии. Можно даже сказать, что понятие о потенциальной энергии в логофизике не соответствует понятию о ней в классической механике.

Потенциальная энергия – мера способности физического тела к изменению положения своего центра тяжести относительно неподвижного центра системы отсчёта координат.
 Еп = М*R^2*w^2/2,
где М – масса физического тела, R – расстояние от центра тяжести тела до центра системы, w – угловая скорость вращения тела вокруг оси или центра системы отсчёта координат.
Из этого определения следует, с учётом предыдущего, что
1) в инерциальной системе отсчёта о потенциальной энергии тела можно говорить относительно любой точки, выбранной началом координат, и тогда данную систему следует рассматривать как неинерциальную,
2) если тело удаляется от центра системы в одном направлении, оно не имеет потенциальной энергии в этой системе, вследствие отсутствия угловой скорости вращения, и, следовательно, такая система отсчёта является инерциальной,
3) тело, обращающееся вокруг центра системы, с которым не совпадает собственный центр тяжести тела, обладает в этой неинерциальной системе потенциальной энергией, а также обладает кинетической энергией в инерциальной системе относительно любой неподвижной точки пространства между телом и неподвижным центром данной системы,
4) тело, вращающееся вокруг своего центра тяжести или своей оси и в рассматриваемой неинерциальной системе не перемещающееся, находится в состоянии покоя, то есть не имеет в данной системе ни кинетической, ни потенциальной энергии.

Величина способности к вращению, определяемая в таком виде, характеризует лишь способность физического тела к изменению направления своего движения относительно центра системы, то есть к обращению вокруг внешней оси (центра) неинерциальной системы. А способность к движению тела, упомянутого в пункте 4, вращающегося на одном месте вокруг своей оси или своего центра тяжести, необходимо рассматривать уже в системе отсчёта, связанной с центром тяжести тела. Поэтому её можно охарактеризовать суммой потенциальных энергий всех материальных объектов, заполняющих данное тело, то есть входящих во вращательную систему.
Такую суммарную величину способностей всех объектов системы к вращению относительно центра тяжести тела можно назвать потенциальной энергией вращательной системы – это мера способности физического тела к вращению вокруг собственной оси или собственного центра тяжести. В современной физике, в термодинамике и других разделах, эта величина иногда называется внутренней энергией или, чаще, подразумевается как часть внутренней энергии.

Термины «кинетическая» и «потенциальная энергия» введены в науку ещё в середине XIX-го века. Но до сего времени их смысл определён в физике недостаточно чётко и не совсем верно, вследствие того, что энергию, как «свойство» физических тел или среды, учёные в процессе технического и научного развития связывали, в основном, лишь со способностью совершать работу, а не вообще со способностью материи к движению. Поэтому в различных разделах науки выделены различные виды энергии. В числе прочих появился термин «полная механическая энергия», имеющий смыслом сумму потенциальной и кинетической энергий, «переходящих» друг в друга.
В действительности же, рассуждая о разных видах энергии в одной системе отсчёта координат, учёные имеют в виду одну и ту же способность физического тела к движению, рассматриваемую в разных системах отсчёта, инерциальной и неинерциальной, то есть с разных точек зрения, – как способность к перемещению или как способность к вращению. Любое перемещающееся в рассматриваемой системе отсчёта физическое тело обладает кинетической энергией как величиной способности к движению относительно начала координат или любой неподвижной точки пространства этой системы, принимаемой за инерциальную. Величина эта зависит от скорости перемещения тела в системе. Если же физическое тело движется по кривой относительно начала координат или какой-то другой неподвижной точки, как центра неинерциальной системы, то оно имеет уже потенциальную энергию, как величину способности к движению относительно центра системы. Величина эта в каждой точке обращения тела вокруг центра зависит от расстояния до центра системы и угловой скорости обращения тела.
Обе способности тела – к перемещению и к вращению – в рассматриваемой системе имеют одну и ту же величину, так как являются одной и той же способностью тела к движению. На каждом прямом участке физическое тело способно перемещаться, а в каждой точке поворота тело способно изменять направление движения. Правильнее сказать, что тело просто способно двигаться, оно имеет способность к движению. А наблюдатель выделяет в этом движении прямолинейные участки перемещения или моменты вращения и точки поворота. Таким образом, – это важно – любую систему отсчёта, в которой движется тело, мы можем представить, в зависимости от точки зрения, и как инерциальную, и как неинерциальную!

ПЕРЕДАЧА И ПОЛУЧЕНИЕ ЭНЕРГИИ
Наблюдая за тем, как, по словам философов, в мире «всё течёт, всё меняется», мы также видим, что, по словам тех же древних мудрецов, «вселенная не кончается» – планеты постоянно кружатся вокруг Солнца, Луна вокруг Земли, а вода совершает постоянный круговорот в природе. Следовательно, мы должны предположить, что, постоянно используя и растрачивая свои способности для своего же перемещения или вращения, физические тела должны каким-то образом эти свои способности восполнять, то есть величина способности тела к движению – его кинетическая и потенциальная энергия – не может быть постоянно однозначной и должна каким-то образом изменяться.
Так и есть. При воздействии физических тел друг на друга или при воздействии центра системы на вращающееся в ней физическое тело изменяются линейные или угловые скорости движения тел или же расстояния между центром системы и центром тяжести тела. В любом из этих случаев воздействующее тело или центр системы передаёт часть своей способности другому телу, а последнее эту способность получает.

В классической механике часть энергии физической системы или физического тела, переходящая в кинетическую энергию другого физического тела в данной системе отсчёта, и, таким образом, изменяющая величину способности тела к перемещению, называется работой равнодействующей силы, приложенной к телу. В логической физике способность к движению, переданная одним физическим телом (системой) и воспринятая другим физическим телом (системой), характеризуется величинами, которые именуются «инерционной» и «информативной» энергией. Из названий уже понятно, что инерционная энергия – это величина передаваемой или получаемой телом способности к движению в инерциальных системах, то есть величина изменения кинетической энергии тел, а информативная энергия рассматривается, соответственно, лишь в системах вращательных, как величина изменения потенциальной энергии тела или системы.

Например, если физическое тело в результате воздействия на него другого тела увеличило свою скорость движения и кинетическую энергию, то оно получило в этой системе «прибавку» к своей способности в виде инерционной (Еин) энергии
Еин = m*(v1^2-v0^2)/2,
где v0 и v1 – начальная и конечная скорости движения тела, m – его масса. Причём, зная расстояние «s», на котором произошла эта передача способности, можно узнать величину воздействия на тело – силу (F), равную отношению полученной энергии к расстоянию
F= Еин /s.
Для простоты будем предполагать ситуацию, когда движение тел происходит на прямой. Тогда, в свою очередь, воздействовавшее тело, отдавая часть своей способности к движению, уменьшило скорость своего движения и, соответственно, убавило свою кинетическую энергию, а «убыль» в виде этой же инерционной энергии составила
Еин = m*(v1^2-v0^2)/2 = M*(V0^2-V1^2)/2,
где V0 и V1 – начальная и конечная скорости, M – масса воздействовавшего тела. В данном примере не учитываются тепловые потери при столкновении.

Другой пример. В теоретической механике потенциальной энергией физического тела в поле тяготения Земли считается некий «запас энергии» этого тела, который идет на приобретение или изменение кинетической энергии тела за счет работы сил поля, которую тратит планета на притяжение этого тела. Если выразиться проще, то эта энергия – величина способности к движению, которую тело массой «М» получит при свободном падении с ускорением «g» с определённой высоты «h» на поверхность
Е = Mgh.
В инерциальной системе отсчёта, связанной с неподвижной земной или другой горизонтальной поверхностью, тело под действием своего веса падает вертикально. Поэтому при падении это тело, согласно выше данному определению в логофизике, не имеет потенциальной энергии, ведь, согласно определению, «если тело перемещается относительно центра системы в одном направлении, оно не имеет потенциальной энергии в этой системе». Значит, эта величина, в действительности, является кинетической энергией, которую приобретает тело при падении и столкновении с поверхностью. То есть рассматривается, с точки зрения логофизики, инерционная энергия как величина способности, передаваемой телу Землёй и получаемой телом от Земли:
Еин =Mgh =Ек = Мv^2/2,
где v – скорость перемещения тела относительно неподвижной поверхности в точке столкновения с поверхностью.

А настоящую потенциальную энергию тела, ещё не упавшего и находящегося над земной поверхностью, можно найти лишь относительно центра Земли, то есть уже в другой системе отсчёта:
Еп = М*(R+h)^2*w^2/2,
где М – масса физического тела, w – угловая скорость вращения Земли, R – расстояние от поверхности до центра Земли, h – высота расположения тела над поверхностью.
При этом, с позиции логической физики, инерционная энергия, передаваемая Землёй телу при его падении в инерциальной системе отсчёта, связанной с неподвижной земной поверхностью и неподвижным центром Земли, – это уже не приобретаемая телом кинетическая энергия, а величина изменения кинетической энергии тела. И она будет равна энергии, получаемой телом в неинерциальной системе отсчёта, связанной с центром Земли как центром вращательной системы, то есть величине изменения потенциальной энергии тела, которая в логофизике, как выше сказано, называется информативной (Еинф) энергией
Еинф =Еин = М*(v1^2-v0^2)/2 = М*(R+h)^2*w^2/2 – МR^2w^2/2= М*w^2*(2R+h)*h/2,
где v0 и v1 – начальная и конечная скорости движения тела в инерциальной системе отсчёта, связанной с центром Земли, то есть начальная скорость не равна нулю, как в рассматривавшейся ранее системе отсчёта, связанной с земной поверхностью. Причём, зная площадь «S» сечения тела, которое является площадью распределения в теле полученной от Земли способности к движению, можно узнать величину восприятия тела – информацию (I), равную отношению полученной энергии к площади сечения тела
I= Еинф /S.

Необходимо ещё пояснить следующее – почему с использованием терминов «инерционная» и «информативная энергия» отпадает необходимость использовать множество различных терминов, используемых в современной науке, типа «энергия связи», «ядерная энергия», «механическая энергия», «внутренняя энергия», «энергия взрыва» и т.п. Потому что все понятия, используемые в науке применительно к энергии, сводятся лишь к передаче и получению физическими телами (частицами) способности к движению. То есть для определения этих понятий достаточно двух терминов. Ведь и кинетическая энергия любого движущегося в рассматриваемой системе тела – эта суммарная инерционная энергия, полученная и растраченная телом с момента начала его движения в рассматриваемой инерциальной системе отсчёта. А потенциальная энергия любого вращающегося тела, соответственно, является суммой всех информативных энергий, полученных и отданных телом с момента начала вращения в данной неинерциальной системе.