Физика опорного движения или Масса, как неизбежность
Вместо эпиграфа: «Чтобы что-то двигалось вперёд, надо чтобы что-то отбрасывалось назад…»
Опус без претензии на полноту освещения вопроса. В сети встречаются ещё материалы на тему возможности существования безопорного движения, на тему создания безопорных инерционных движителей. А также имеются материалы об отрицании массы, как краеугольного камня физики. Мол, зачем непонятная «масса», если есть метры и секунды, через которые можно выразит всё, что угодно! Что объединяет любое опорное движение с точки зрения физики?! Третий закон Ньютона! Третий закон Ньютона есть частный случай закона сохранения импульса. Импульс - произведение массы на скорость (p = mv). Впервые закон сохранения импульса был сформулирован Рене Декартом. В работе «Начала философии» (1644 г.) Декарт писал: «Я принимаю, что во Вселенной… есть известное количество движения, которое никогда не увеличивается, не уменьшается и, таким образом, если одно тело приводит в движение другое, то теряет столько же своего движения, сколько его сообщает другому телу». Ещё закон сохранения импульса называют «законом сохранения отдачи». Кто стрелял из ружья, тот понимает – о чём речь.
Третий закон Ньютона гласит: сила действия равна силе противодействия. В символах: F1 = - F2, где F1 – сила, с которой первое тело действует на второе; - F2 – сила, с которой второе тело действует на первое. По второму закону Ньютона (сила прямо пропорциональна произведению массы на ускорение): F = ma (F = dp/dt – в дифференциальном виде, где p – импульс). Следовательно: m1a1 = - m2a2. Распишем ускорение через скорость (a = dv/dt): m1dv1/dt = - m2dv2/dt. Берём интеграл обеих частей по dt: m1v1 = - m2v2. Получился закон сохранения импульса: p1 = - p2. Суммарный импульс равен нулю.
Самые простейшие примеры опорного движения, основанные на взаимодействии масс, на передаче импульса. Что нужно, чтобы человек шел вперёд, чтобы автомобиль ехал вперёд, чтобы самолёт и вертолёт летели вперёд?! Да, взаимодействие масс и передача импульса от тела к телу! Идущий человек «отбрасывает» назад Землю. Едущий автомобиль тоже «отбрасывает» назад Землю. Но массы человека и автомобиля по сравнению с массой Земли так ничтожны, что передаваемый Земле импульс пренебрежимо мал. Сила движения человека – в мускульном давлении; сила движения автомобиля – в давлении газа на поршни или в давлении взаимодействующих магнитных вихревых полей. Сила – это всегда давление, взаимодействие масс!
Как ни странно, но полёт насекомого, полёт птицы, движение вёсельной лодки по воде, полёт винтового самолёта и вертолёта в воздухе, работа винта водного судна объединяет одна причины – отталкивание, создание давления, взаимодействие масс! Отталкивание крылом, веслом, винтом той среды, в которой объекты перемещаются. Посмотрите, как голубь взлетает с земли: с небольшого упругого прыжка, отталкивания от земли, при котором начинаются мощные взмахи крыльев. И вот тут уже пошло отталкивание крыльями от воздуха, отбрасывание масс воздуха, как при движении вёсельной лодки по воде. Вот где работают третий закон Ньютона и закон сохранения импульса! Вращающийся винт самолёта или вертолёта как бы ввинчивается в плотную среду воздуха, отбрасывая назад огромные массы воздуха в виде ветра. Вращающийся винт создаёт тягу, при которой самолёт начинает свой разбег и взлёт. А вертолёт устремляется вверх.
Если спросить у не вполне подготовленного и грамотного человека: сколько весит воздух, то он скажет – нисколько. На самом же деле воздух имеет вполне приличную массу: один кубометр воздуха весит примерно 1 кг 200 гр. В детстве как-то пришлось забавляться тем, что бросать с большой скоростью горизонтально плоский кусок фанеры, с небольшим углом атаки. Фанера подлетала вверх! Подъёмная сила отлично работала. Я уж не говорю о такой известной всем забаве, как бросание плоских камешков под острым углом на плоскость водоёма! Что происходит? Камешек на большой скорости отскакивает от поверхности воды, как от твёрдой, жесткой поверхности. И такие рикошетные прыжки-отскоки могут происходить несколько раз. Конечно, всё дело в большой скорости и в плоскости камешка, пусть и небольшой. Летящий камешек передаёт по касательной импульс молекулам воды, происходит как бы упругое столкновение и рикошет, отскок. Если вы выйдите в поле с воздушным змеем и погода ветреная, то, чтобы змей поднялся в воздух, не нужно даже бежать. Массивный напор воздуха на плоскость змея сам поднимет его вверх. Массивы молекул воздуха, ударяясь о плоскость и рикошетом отражаясь от плоскости, передают ей свой импульс, заставляя змея подниматься выше. Когда же ветра в поле нет, то, для поднятия змея вверх, придётся бежать самому, «ускорять» воздушную массу, создавать молекулярный рикошет. Взлёт винтового самолёта – комбинация двух факторов: вращающегося винта, отбрасывающего рикошетом назад большие массы воздуха, за счёт чего и возникает тяга; и работа подъёмной силы быстро движущейся плоскости крыла при небольшом угле атаки, как у воздушного змея. Чтобы поднять в воздух планёр (бездвигательный аппарат) – всё равно нужно придать планёру первичное ускорение, создать молекулярный рикошет, сделать массу воздуха – упругой «опорой». А уж когда самолёт поднялся в воздух и летит горизонтально, то устойчивость полёту придаёт вся совокупность средств аэродинамики, начиная с размещения плоскостей и профиля крыльев. У старых самолётов-бипланов, при аварийном прекращении работы двигателя, оставался шанс – благополучно приземлиться за счёт хорошей аэродинамики. Самолёт мог стать планёром.
Короче говоря, при знании и опыте, воздух может стать надёжной опорой для полётов тяжелых машин. Точно также и вода, жидкость показывает нам похожий характер поведения, когда судно снабжается так называемыми подводными крыльями. Пока судно по воде идёт на малой скорости – подводные крылья себя не проявляют. Но стоит судну набрать скорость, как оно буквально выталкивается из воды наверх, и в воде остаются только крылья. Снижение лобового сопротивления позволяет таким судам на воде развивать автомобильные скорости. А кто не помнит водный аттракцион – водные лыжи?! Человека на водных лыжах буксирует тросом быстро идущий катер или моторная лодка. На большой скорости летящих водных лыж водная поверхность становится надёжной, прочной опорой, почти гладким льдом, тем более что жидкость почти не сжимаема. Тут такой получается молекулярный рикошет, что только держись! Несжимаемая жидкость более эффективна при обмене импульсами, нежели воздух. Назначение любого гребного-загребного винта – при вращении отталкивать среду, а отталкивая среду – отталкиваешься сам. Можно ещё вспомнить парус. Сотни лет, до изобретения парового двигателя, водные суда ходили под парусом. Движение воздушных масс над водной поверхностью передавало свой импульс парусам из плотной материи, за счёт чего судно двигалось вперёд. Но был и гребной флот, где погода не баловала людей ветрами. Тогда роль источника импульса выполняли гребцы с вёслами, тяжелый, изматывающий труд. Недаром на гребном флоте трудились часто каторжники.
Создание реактивных двигателей умножило и разнообразило линейку опорного движения. В реактивном двигателе, за счёт сгорания реагентов, создаётся огромное давление, толкающее ракету вперёд, тогда как продукты горения отлетают через сопло назад. Ракета может двигаться поступательно там, где нет ни газовой, ни водной среды – в вакууме, в среде без атомарного вещества. Реактивное движение существует и в мире животных. Осьминоги и медузы движутся вперёд за счёт давления выбрасываемой назад струи воды. Как принято считать, особенность реактивной силы в том, что она возникает в результате взаимодействия частей системы без какого-либо взаимодействия с другими внешними телами. Но реактивное движение нельзя назвать безопорным движением, потому что здесь есть взаимодействие масс и передача импульса. В космическом пространстве нельзя использовать другие двигатели, так как в нём, как считается, нет опоры. Но так ли это?!
Ещё со времён Ньютона появился мысленный опыт с ядром, выпущенным из пушки. Если пушку поставить на высокой горе и придать ядру достаточную скорость для выхода за пределы Земли, то ядро станет спутником Земли, подобно Луне. Почему же ядро не улетит прочь от Земли на неопределённо большое расстояние?! Что мешает?! Говорят: мешает земное притяжение. Но мало кого смущает тот момент, что, по закону того же Ньютона, с удалением от массивного тела, сила притяжения убывает по закону обратных квадратов. А по факту, с удалением от массивного тела, «сила притяжения» растёт, потому что, чем дальше от Земли мы хотим послать объект, тем больше должна быть начальная скорость; не первая космическая скорость (7, 9 км/с), а вторая (11, 2 км/с), третья (16, 7 км/с), четвёртая (30 км/с). Может, всё же, причина не в притяжении Земли, может, причина в том – куда мы посылаем объект?! Но, говорят: там пустота, там ничего нет, там – вакуум! Там нет опоры, там не на что опереться при движении…
Хотелось бы ещё раз вернуться к идее Рене Декарта от 1644 года, к идее о количестве движения во Вселенной, которое никогда не увеличивается и не уменьшается. Движение – это всегда энергия движения! Ровно через сто лет русский учёный Михайло Ломоносов вторит мысли Декарта о вечном, неуничтожимом движении эфирной среды. Именно используя эфирную гипотезу, Ломоносов пытается понять и световые, и электромагнитные, и гравитационные явления. Притяжение тел Ломоносов объясняет давлением эфирной среды. «Свободно падающее» тело получает ускорение от другого движущегося тела, по закону сохранения импульса Декарта. Этим «движущимся телом» и является среда эфира с его давлением, неуничтожимым первичным движением! Правда, в пору Ломоносова ещё не имели понятия о поле, о гравитационном поле, и что структура этого поля имеет характер градиента, разности напряжённости поля, разности давлений и плотностей среды. Градиент напряжённости поля создаёт само массивное тело, всей совокупностью волновых полей частиц тела. А раз гравитация – это давление среды на взаимодействующие тела, то не является ли устойчивое инерционное орбитальное движение планет вокруг Солнца тоже опорным движением? Вдали от массивных тел, где нет градиента давления и плотности среды физ. вакуума, нет и явной гравитации, хотя давление и есть, и даже больше, чем рядом с массивным телом.
Опорное движение почти всегда рассматривается нами как прямолинейное, поступательное, и не инерционное. Но все существующие устойчивые во времени движения во вселенной являются инерционными движениями, и носят периодический характер, вращательный или колебательный. Планеты движутся инерционно вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, с изменяющейся скоростью: удаляясь от Солнца – скорость уменьшается, приближаясь к Солнцу – скорость увеличивается. Хотя в орбитальном инерционном движении планет нет «реактивной» силы (отбрасывания чего-то назад для движения вперёд), но обмен импульсом со средой физ. вакуума есть! Иначе бы устойчивые орбиты планет не существовали. Ведь стабильность орбит обусловлена равенством центробежной инерционной силы и силы вакуумного гравитационного давления, называемой центростремительной силой. Таким образом, опора инерционного орбитального движения есть, но энергия, передаваемый импульс – в самой среде физ. вакуума, в энергии его огромного давления!
Скорость света и величина скорости света также находят «опору» в колоссальной плотности среды физ. вакуума. Можно сказать и так: масса и импульс фотона – в массе и в импульсе среды, в которой он распространяется. Это касается и всех так называемых обменных безмассовых частиц. Распространение любых волновых возмущений в любых средах не может быть безопорным, потому что имеет место близкодействие, обмен импульсом составных элементов среды, как в системе связанных осцилляторов. Чрезвычайно важный момент, т. к. вся физика микромира стоит на колебании! Что особенно касается среды физ. вакуума. Ведь и сама частица протон есть волновое колебательное возмущение в среде физ. вакуума (колебательная динамика «дыхание вакуума»). Но среда физ. вакуума по своей природе не так проста, как знакомые нам атомарные среды. Среда физ. вакуума имеет, вероятно, фрактальную (повторяющуюся, самоподобную) структуру, в которой возможны колебательные динамики с огромным спектром частот, и создание материальных образований различной степени плотности (плотный мир, тонкий мир). Если «летающие тарелки» внеземных цивилизаций существуют, и перемещаются они быстрее скорости света, то эти цивилизации знают – как изменять структуру среды физ. вакуума, делая её «опорой» для сверхсветовых скоростей. Заключая, можно сказать: безопорного движения в физическом мире нет и быть не может, тем более - безопорного равномерного и прямолинейного! Везде есть взаимодействие масс и обмен импульсом. А импульс, в свою очередь, невозможен без массы и её скорости.