Чтение онлайн

Обратим внимание на то, что мы считаем контур замкнутым или открытым, исходя из своих человеческих понятий. Но работа выполняется не нами, а гравполем. Следовательно, контур должен быть замкнут с точки зрения поля, а не с точки зрения человека. Однако, никто еще не доказал, что гравполе воспринимает контур аналогично человеку. Поэтому имеет смысл разобрать эту проблему более подробно и выяснить, действительно ли работа по замкнутому контуру в гравитационном поле всегда равна нулю.

Если внимательно проанализировать способ, каким было получено данное правило, то можно заметить, что в его основе лежит одна особенность, которая явно не оговаривается, но молчаливо всегда подразумевается: движение материального тела происходит в пустоте. Лишь в этом случае отсутствуют побочные процессы, которые играют весьма важную роль. Но если движение объекта происходит в некоторой материальной среде, всегда возникают побочные процессы, заключающиеся в движении среды. Допустим, движущееся тело находится в самой низкой точке своей траектории, назовем ее точкой А (рис.1.5.1). В пространстве вокруг этой точки, равной объему тела, среда отсутствует. Поднимем тело в самую верхнюю точку траектории, точку В. Раньше все пространство вокруг точки В было занято окружающей средой, а после того, как здесь оказалось наше тело, среда была им вытеснена из объема, равного объему тела. С другой стороны, объем вокруг точки А, заполненный раньше движущимся телом, теперь оказывается заполненный окружающей средой. Таким образом, подъем тела из точки А в точку В сопровождается автоматическим опусканием точно такого же объема из точки В в точку А. До тех пор, пока плотность среды намного меньше плотности тела, этот процесс практически не сказывается на результатах. Но как только плотности сравняются, результат меняется кардинально.

Гравитационное поле реагирует только на плотность, а не на цвет или форму предмета. Мы можем как-то пометить наше тело, чтобы отличать его от окружающей среды — например, окрасить в яркий цвет — но если плотности тела и окружающей среды одинаковы, гравполе воспримет поднимаемое тело и ту часть окружающей среды, которая опускается из точки В в точку А, как одно и то же тело. То есть образуется настоящий замкнутый контур независимо от высоты подъема. По какой бы сложной и запутанной траектории мы не поднимали наше тело, итог всегда будет один: опускание части среды одинакового с телом объема из самой верхней точки траектории в самую нижнюю с автоматическим образованием замкнутого контура. А по замкнутому контуру работа, как известно, не совершается. Таким образом, при равенстве плотностей тела и окружающей среды нам нет необходимости тратить энергию на подъем тела, т. к. любое перемещение на любую высоту

Рис. 1.5.1. Перемещение тела в гравитационном поле по замкнутому контуру. При перемещении тела из точки А в точку В внутри некоторой среды (сплошная стрелка) происходит автоматическое опускание части среды из точки В в точку А (штрих-пунктирная стрелка). При перемещении этого же тела в пустоте из точки С в точку D никаких побочных процессов не наблюдается.

происходит без затрат энергии. Этот вывод можно получить также путем силового рассмотрения: вследствие того, что выталкивающая сила Архимеда равна силе тяжести объекта, результирующая сила равна нулю и, как следствие, равна нулю работа, совершаемая этой силой.

Теперь после того, как мы подняли наше тело, изменим одну из плотностей таким образом, чтобы тело стало намного тяжелее окружающей среды: можно увеличить плотность самого тела, а можно уменьшить плотность самой среды. Давайте вообще удалим среду и далее будем рассматривать все процессы в пустоте (переносим тело из точки В, находящейся внутри рассмотренной среды, в точку С пустого пространства неизменной высоты). В этом случае падение тела из точки С в точку D, находящуюся на высоте точки А, никакими побочными процессами не сопровождается. При этом вследствие того, что тело движется ускоренно и своим собственным гравполем деформирует структуру физвакуума, суммарная энергия двух гравитационных полей — поля планеты и поля падающего предмета — трансформируются в энергию физического вакуума (раньше сказали бы — потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию падающего предмета). И снова мы можем подтвердить полученный вывод путем силового рассмотрения происходящих процессов: при свободном падении тела в пустоте сила тяжести не компенсируется выталкивающей силой Архимеда, следовательно существует результирующая сила, которая выполняет работу.

Таким образом, мы получили следующий результат: при подъеме тела из нижней точки траектории в верхнюю в среде одинаковой с телом плотности работа не выполняется и энергия не меняется, но дальнейшее падение тела из верхней точки в нижнюю в пустоте сопровожается выполнением работы над физвакуумом и переходом в него части энергии гравполя. И тогда суммарная работа по замкнутому контуру в гравитационном поле оказывается не равной нулю.

Настоящий результат справедлив для самого общего случая переменной плотности. Не обязательно исключать окружающую среду полностью на одном из участков. Достаточно изменить либо плотность тела, либо плотность среды таким образом, чтобы разность плотностей менялась от участка к участку. Но если разность плотностей неизменна, тогда суммарная работа по замкнутому контуру будет равна нулю.

Такая картина получается по причине того, что гравполе воспринимает любой контур совершенно иначе, чем воспринимает его человек. В рассмотренном примере подъема тела в среде одинаковой с ним плотности и дальнейшего падения в пустоте гравитационное поле "замечает" только вторую часть контура. Ту его часть, где среда отсутствует. Первая половина контура полем не замечается из-за того, что оно не в состоянии отличить поднимаемый предмет от окружающей среды, т. к. реагирует только на плотность, а плотности здесь одинаковы. Поэтому такой контур оказывается для поля разомкнутым, хотя нам он будет казаться замкнутым. А по разомкнутому контуру суммарная работа уже не равна нулю.

Ошибка Гаусса с его правилом нулевой работы применительно к гравитационному полю состояла в том, что он рассматривал действие лишь одной силы тяжести, но не рассматривал действие выталкивающей силы Архимеда. До тех пор, пока плотности среды и движущегося в ней предмета не меняются, Архимедова сила вносит одинаковый численно, но разный по знаку вклад на восходящей и нисходящей половинах контура. Поэтому эти вклады взаимно компенсируются и в окончательном итоге их можно не учитывать. Однако, если плотность среды или предмета меняется, Архимедова сила вносит разный вклад на разных участках траектории, которые нейтрализовать друг друга уже не могут и потому должны учитываться.

Покажем это математически. Суммарная работа по замкнутому контуру в гравполе рассчитывается формулой

(1.5.1)

где FP – сила тяжести, FA – выталкивающая сила Архимеда, а сам интеграл является круговым. Так как интеграл суммы равен сумме интегралов, мы можем переписать это выражение в виде суммы двух интегралов от FP и FA . Первая составляющая всегда равна нулю в полном соответствии с правилом Гаусса и потому его можно отбросить. А вторую составляющую мы можем разложить на две части по контуру вверх F1A и по контуру вниз F2A, и тоже представить в виде суммы двух интегралов

(1.5.2)

причем интегралы в данной формуле будут уже полукруговыми. Сила Архимеда всегда направлена вверх, а дифференциал dx может быть направлен как вверх, так и вниз. Поэтому одна составляющая формулы (1.5.2) всегда положительна, а другая всегда отрицательна. И когда Архимедовы силы F1A и F2A равны друг другу, итоговый результат будет равен нулю. Но если они окажутся не равны друг другу, тогда одна составляющая не сможет нейтрализовать другую и суммарная работа по контуру станет отличной от нуля. А сделать их не равными друг другу очень легко, если менять фазовое состояние перемещаемого по контуру предмета: пар на одной части контура, жидкость на другой (или жидкость + твердое тело). Выражаясь самыми общими словами, нужно сделать разными условия выполнения работы на разных участках контура.

Теперь можно дать более правильную обобщенную формулировку настоящего правила: при движении материального объекта по замкнутому контуру в потенциальном поле суммарная работа равна нулю в случае, если условия совершения работы на всех участках контура одинаковы, и не равна нулю, если они меняются. Вследствие того, что гравполе реагирует на плотность, под условиями работы следует понимать разность плотностей тела и среды. То есть нужно сделать так, чтобы на восходящей части контура тело поднималось в форме пара, а на нисходящей части опускалось в форме жидкости (или наоборот). Для электрического поля под условиями работы следует понимать разность зарядов, т. к. электрическое поле реагирует на заряд.

Для иллюстрации выполнения настоящего правила рассмотрим наиболее характерный пример: круговорот воды в природе. Когда Солнце испаряет океанскую воду своим излучением, оно передает воде тепловую энергию Q. Полученный пар поднимается вверх внутри воздушно-паровой оболочки, то есть поднимается в среде одинаковой с ним плотности. Поэтому такой подъем происходит без затрат энергии. Дальнейшая конденсация пара в верхних слоях атмосферы сопровождается выделением того тепла Q, которое было получено им ранее на стадии испарения воды солнечным излучением. Поэтому солнечная энергия уходит из этого процесса на стадии конденсации пара и дальше может не рассматриваться. Образующиеся водяные капли имеют более высокую плотность по сравнению с воздухом, не удерживаются и начинают падать вниз. В ходе падения они деформируют структуру физического вакуума, из-за чего гравитационная энергия нашей планеты частично преобразуется в энергию физвакуума. А дальнейшее соударение капель с земной поверхностью сопровождается выделением вакуумной энергии, которая тратится на эрозию земных пород и переработку их в минеральное удобрение. Формирующиеся водные потоки точно таким же образом деформируют структуру физвакуума, способствуя переходу части энергии гравполя в энергию физвакуума. И затем эта энергия преобразуется гидростанциями в электричество.