Каталог Статей
51934 авторов, размещено 43863 статей, сейчас на сайте пользователей: 37 Статистика
Аватар 111

Открытие новых свойств кинетической энергии

Категория:  Наука  | Автор:  111 | Опубликовано: 18.10.2018

             Введение.                                                                                                   

       Приведены описания некоторых физических процессов и на основе их анализа предложены новые, ранее не существовавшие, законы создания величин кинетических энергий тел.                                                                                                                        Целью данной работы является рассмотрение физических процессов образования кинетической энергии тел и предложить обнаруженные не соответствия.                                                                                                 Поставленная цель достигается путём анализа рассмотренных физических явлений и внесение необходимых изменений.  

       Рассмотрим упругий удар.                                                                                       

     Тело массой m1 = 1 кг. движется со скоростью  v1 = 28 м./сек.в неподвижной системе отсчёта и ударяет тело массой  m2 = 4 кг., движущееся со скоростью v2 = 8 м./ сек. в направлении первого тела.   Вывод формул скоростей движения тел  при упругом ударе в физике принят на условии, что сохраняется закон сохранения импульса и энергии.    Скорость движения первого тела после удара равна

u1 = {(m1 – m2)v1 +2m2v2 } / (m1 + m2) = {(1 –4) 28 + 2*4*8} / (1 + 4) =                      = - 4м. /сек..                                                                                                                 u2  =  {(m2 – m1)v2 +2m1v1 } / (m1 + m2) = {(4 -1)8 +2*1*28} / (1 +4)=  16 м. /сек.      .                                                                                                                                Рассмотрим физический процесс при упругом ударе. Относительная скорость движения первого тела относительно второго равна векторной сумме  их  скоростей движения         v2о = v1  - v2 = 28 – 8 = 20м. /сек.                                                                                Этот физический процесс представим так. Второе тела находится неподвижно в подвижной системе отсчёта движущуюся со скоростью v2 и в эту систему отсчёта влетает первое тело.                                                                                                    Импульс первого тела при ударе создаёт деформацию тел. При максимальной деформации тел, первое тело остановится, а второе приобретет скорость движения , которая будет увеличиваться за счёт силы восстановления деформации. Таким образом, на тела действует два импульса первого тела с величиной относительной скорости его движения равный  2m1 v2о , создавая скорость  движения второго тела равную              u2  = 2m1 v2о / (m1 + m2) = 2*1*20 / (1 + 4) = 8 м. / сек.

 На первое тело действует импульс, при восстановлении деформации, направленный противоположно  первоначальному импульсу первого тела, создавая относительную скорость движения  относительно второго тела равную скорости первого тела до удара с обратным направлением, т. е. мы имеем упругий удар аналогично удару лёгкого тела о тяжёлое.    Относительную скорость движения первого тела относительно второго тела равна одному импульсу m1 v2о  действующего на массу первого тела с направлением противоположным скорости первого тела до удара                                     u1о = - m1 v2о  /  m1 = - 1*20 / 1 = - 20 м. / сек.                                                     Скорость движения первого тела в подвижной системе отсчёта равна векторной сумме относительной скорости движения относительно второго тела v1о и скорости движения второго тела u2                                                                                                               u1п =  v1о - u2 = -20 + 8 = - 12 м. / сек.                                                                        Скорость движения первого тела в неподвижной системе отсчёта после удара равна векторной сумме скорости движения первого тела в подвижной системе отсчёта и скорости движения самой системы отсчёта  v2                                                            v1’=  u1п + v2 = - 12 + 8 = 4м. / сек.                                                                             Скорость движения второго тела в неподвижной системе отсчёта равна векторной сумме скорости движения его в подвижной системе отсчёта  u2        и скорости движения системы отсчёта   v2                                                                                                   u2н =  u2 + v2  = 8 + 8 = 16 м. /сек.                                                                      

   Кинетические энергии тел после удара  в подвижной системе отсчёта:                         первого тела  Е1П =  m1u12 / 2 = 1*122  / 2  = 72дж.                                                       второго тела  Е2П =  m2u22 / 2 = 4*82  / 2 =  128дж.                                                      Потеря энергии первого тела  в подвижной системе отсчёта  равны                                 ΔЕ1П = m1 v1’2 / 2 - m1 u12 / 2 = 1*202 / 2 -1*122 / 2 = 128 дж.                                      Потери кинетической энергии первым телом равны кинетической энергии полученной вторым телом при ударе от первого ΔЕ1П =  Е2П.                                                       Закон сохранения импульса в подвижной системе отсчёта                                             m1u1о  = - m1u1п  + m2 u2,    1*20 = 1*- 12 + 4*8, 20 = 20 кг. м. / сек выполняется.     Закон сохранения энергии в подвижной системе отсчёта                                                  m1u1о2 / 2 = m1u1п2 / 2 + m2 u22 / 2 , 1*202 / 2 = 1* 122/ 2 + 4*82 / 2, 200 = 200дж. выполняется.                                                                                                          Таким образом законы сохранения импульса и энергии при неподвижном одном теле выполняются.                                                                                                        

Кинетическая энергия первого тела до удара в неподвижной системе отсчёта равна         Е1Н’ = m1v12 / 2 = 1*282 | 2 = 392 дж.                                                                           Кинетическая энергия второго тела до удара в неподвижной системе отсчёта равна        Е2Н’ = m2v22 / 2 = 4*82 / 2 = 128дж.                                                                               Кинетическая энергия первого тела после удара  в неподвижной системе отсчёта равна  Е1Н = = m1 v1’2  / 2 = 1*42 / 2 = 8 дж.                                                                 Кинетическая энергия второго тела после удара в неподвижной системе отсчёта равна  Е2Н = m2v22 / 2 + m2 u2 2 / 2  = 4*82 / 2 + 4*82 / 2 =256дж                                            Кинетическая энергия второго тела после удара в неподвижной системе отсчёта, по принятым формулам равна                                                                                              Е2Н’ = m2 (v2 + u2)2 / 2  = m2 v22 / 2+m2 v2 u2 +m2 u22 / 2 =  4*82 / 2 + 4* 8*8 +           + 4*82 / 2 = 512 дж.                                                                                                       В этой формуле значение  m2 v22 / 2 – есть кинетическая энергия второго тела до удара, значение   m2 u22 / 2 - есть кинетическая энергия второго тела после удара,  значение  m2 v2 u2 = 256дж.  -  есть кинетическая энергия второго тела возникшая в результате математических преобразований, т. е фактически этой энергии не существует.                                                                                                                 Величина кинетической энергии первого тела во время удара перешла ко второму телу в размере Е2П = 128 дж. и сохранилась в нём после удара в размере  Е1П’= 8 дж.   Фактическая суммарная кинетическая энергия первого тела, сохранившаяся после удара  равна сумме энергии переданной второму телу и оставшейся энергии первого тела  Е1Ф =  Е2П + Е1П’ = 128 + 8 = 136дж.                                                              Невозвратимые потери кинетической энергии первого тела равны разности  энергии до удара и фактической суммарной кинетической энергией первого тела, сохранившаяся после удара   ΔЕ1 =  Е1Н’ = Е1Ф = 392 – 136 = 256дж.                                                     Проверим законы сохранения.                                                                               Закон сохранения импульса  m1 v1 + m2v2 = m1u1’ + m2 u2н,                                          1*28 + 4*8 = -1*4 + 4* 16 , 60 = 60кг. м. /сек. выполняется.                                        Закон сохранения энергии математически выполняется, так как потери кинетической энергии первого тела равны кинетической энергии второго тела полученной в результате математических вычислений.                                                                     Фактическое значения кинетических энергий тел до столкновения равно кинетическим энергиям обеих тел   Е1Н’ + Е2Н’=  392 + 128 = 520дж., а после столкновения равно фактической суммарной кинетической энергии первого тела, сохранившаяся после удара, Е1П = 136дж. и фактической кинетической энергии второго тела после удара  Е2Н  = 256дж.                                                                                                Суммарная фактическая  кинетическая энергия двух тел после удара равна                   Е1Н + Е2Н = 8 + 256 = 264дж.                                                                                       Как видим фактические кинетические энергии, участвующие в соударении тел,  не соответствуют определяемых по известным формулам.                                

Таким образом, закон сохранения энергии при упругом соударении двух движущихся тел не выполняется.

Для доказательства справедливости существования кинетической энергии возникающей в результате математических преобразований рассмотрим пример. Одно тело, массой m = 1кг., падает в течении t = 2 сек.. За это время под действием силы гравитации скорость движения составит v1 = gt = 10 *2 = 20 м. / сек. и пройдёт расстояние равное  s1  = gt2 / 2 = 10*22 / 2 = 20м.                                                                                      Второе тела, такой же массы, в течении первой секунды падает с ускорением a, затем срабатывает парашют и тело движется равномерно с постоянной скоростью движения.    Скорость движения второго тела равна  v2  = g 1 = 10*1 = 10 м. /сек. Расстояние, пройденное вторым телом равно  s2  = g (t-1)2 / 2 + v21= 10(2 – 1)2 / 2 + 10*1 = 15м.    Под действием гравитации первое тело проходит большее расстояние равное                   Δs = s1 – s2  = 20 -15= 5м.                                                                                            Работа силы гравитации, а следовательно и кинетическая энергия первого тела  в этом случае, увеличится на величину равную Δ Е1 = mg Δs = 1*10*5 = 50 дж.                    Аналогичный расчёт                                                                                                        Кинетическая энергия второго тела равна  Е2 =  m2v22 / 2  = 1*102 / 2 = 50дж.  Кинетическая энергия первого тела представим как энергию тела с увеличивающейся скоростью на  Δv за 1 сек. его падения, при начальной скорости движения                    v1н =10 м. /сек.                                                                                                           Е1 =  m1 v12 / 2 = m1(v1н + Δv)2 = m1 v1н2 / 2 +  m1v1нΔv + m1Δv2   / 2 =                    =1* 102 /2 +1*10*10 +1* 102 / 2 = 200 дж..                                                               Из формулы видим, что кинетическая энергия первого тела  равна сумме:  кинетической энергии тела при падении за 1 сек. mv1н2 / 2 = 50 дж., кинетической энергии тела от действия силы гравитации за последнею сек.  m Δv2  / 2 = 50 дж. и кинетической энергии полученной в результате математических преобразований           m v1нΔv = 100 дж.                                                                                                         Это справедливо для любого времени падения тела.                                                  Например.  Первое тело падает в течении 6 сек. Скорость движения его за 5 сек. будет равна v5 = 5g = 5*10 = 50м. /сек. Расстояние пройденное первым телом равно               s1 = gt2 / 2 = 10* 62 / 2 = 180 м. Расстояние пройденное вторым телом ( за 5 сек. тело движется с ускорением свободного падения, а последнею секунду равномерно с достигнутой скоростью) равно   s2 = g(t- 1)2 / 2 + v5 1 = 10(6 – 1)2 / 2 + 50*1 =  175м.   Под действием гравитации первое тело проходит большее расстояние равное                 Δs = s1 – s2  = 180 -175= 5м.                                                                                         Работа силы гравитации, а следовательно и кинетическая энергия первого тела  в этом случае увеличится на величину равную  Δ Е1 = m1 g Δs = 1*10*5 = 50 дж.                    Кинетическая энергия тела за 5 сек. падения равна                                                        Е5 =  m (g t)2 / 2 = 1*(10*5)2 / 2 = 1250дж.                                                Кинетическая энергия тела за 6 сек. падения равна                                                          Е6 =  m (g t)2 / 2 = 1*(10*6)2 / 2 = 1800дж.                                                             Разность кинетических энергий равна  Δ Е6 = Е6 -  Е5 = 1800 – 1250 = 550дж.              С увеличением времени падения тела эта величина будет увеличиваться, что не возможно, так как действует одна сила в течении одной секунды и по закону сохранения импульса скорость движения тела будет величиной постоянной.                    Таким образом, сила гравитации увеличивает скорость движения тела  за 1 сек. на         Δv = g1 = 10*1 =10м. / сек., а кинетическая энергия тела будет равна                         Δ Е1 = m1 Δv2 / 2 = 1*102 / 2 = 50 дж.                                                           Кинетическая энергия первого тела равна                                                                   Е1 = m( v5  + Δv)2 / 2 = mv52 / 2 + mv5 Δv + m Δv2 / 2 = 1*502/ 2 + *1*50*10 +         + 1*102 / 2 = 1250 + 500 + 50 = 1800дж.                                                                      В этой формуле величина mv52 / 2 = 1250 дж.-  есть величина кинетической энергии после 5 сек. падения, величина 2mv5 Δv / 2 = 500 дж. – есть величина кинетической энергии  полученной в результате математических преобразований, величина                 m Δv2 / 2 = 50 дж.- есть кинетическая энергия созданная силой гравитации за последнею секунду падения..                                                                          Величина   mv5 Δv   =  mv5 Δv  = mv5Δv  =  mv5 g1 = Fv5 1, где                                    F = mg – сила гравитации,                                                                                           v5 – скорость движения тела после падения в течении времени5 сек.                         Эта формула определяет величину работы силы гравитации при равномерном движении тела со скоростью  движения  v5 = 50 м. /сек., а как известно из физики при равномерном движении тела сила не совершает работу, т. е. это энергия полученная в результате математических преобразований.

В результате мы получили общий вид формулы энергии тела при падении                      Е =   m (V0 + nDv)2  / 2 = + m V02 / 2 + m V0 n Dv  + n2 Dv 2 / 2,  где                          V0 – начальная скорость движения тела,                                                                        n – число импульсов силы за время t,                                                                              Dv – увеличение скорости движения тела за интервал времени Dt.                               В формуле значение m V0 n Dv- есть кинетическая энергия полученная телом в результате математических преобразований при наличии начальной скорости движения тела, значение  n2 mэ Dv 2 / 2 состоит из: Dе = n mэ Dv 2 / 2 - энергия  равная произведению числа импульсов на энергию одного импульса ,                                   Dепр = n2 mэ Dv 2 / 2 - n mэ Dv 2 / 2 = n(n - 1) mэ Dv 2 / 2 - энергии полученной в результате математических преобразований  от числа импульсов.                                  С увеличением числа импульсов энергия одного импульса  Dеи = mэ Dv 2 / 2  не изменится, так как сила действует одна и скорость движения тела увеличивается на величину Dv согласно закона сохранения импульса  Ft = mDv.                              Расчёт кинетической энергии тела падающего в течении 6 сек. при начальной скорости движения  V0  = 10 м. /сек., т. е. за 1 сек. и расчётное время падения n = 5 сек.будет иметь вид                                                                                                                      Е6 = m (V0 + nDv)2 /2 = + m V02 /2 + m V0 n Dv + n(n – 1)Dv 2 /2 + n mэ Dv 2 /2 =         = 1*102 /2 + 1*10*5*10 + 5(5 – 1)102 /2 + 5*1*102 /2 = 50 + 500 + 1000 + 250 =     =  1800дж.                                                                                                                     Кинетическая энергия тела  аналогично создаётся при разгоне автомобиля и ракеты.                                                                                                          

Заключение.                                                                                                                  Кинетическая энергия тела равна величине согласно известной формулы, но в эту величину входят  не выполняемые силой работы: работы, получаемые в результате математических преобразований за счёт наличия начальной скорости движения тела и в результате математических преобразований от числа импульсов. Это свойство получения кинетической энергии телом доказывает отсутствие закона сохранения энергии, так как в неё входят не совершаемые силой работы.                                           



Используемая литература.                                                                                 Касьянов В. А. Физика. 10 кл. Учебник для общеобразоват. учебн. заведений, М. Дрофа, 2000. – 416с.                                                                                                                         
Комментарии
К этой статье пока нет комментариев. Станьте первым! У нас гости не могут комментировать статьи. Пожалуйста авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы прокомментировать.
Интересные статьи по теме
Аватар O.Sedova
Измерение освещенности фотоаппаратом Освещенность (значение в люксах) можно измерить с помощью обычного цифрового фотоаппарата. Для этого используется встроенный в фотоаппарат экспонометр....
Категория: Наука | Автор: O.Sedova | Добавлено: 27.02.2013
Аватар trtrans
Грузовой дирижабль В статье даётся краткое описание истории строительства и эксплуатации крупных дирижаблей. Содержится анализ вариантов и перспектив коммерческого использования дирижаблей в современных российских усло...
Категория: Наука | Автор: trtrans | Добавлено: 26.01.2007
Аватар Хуратов Б.А.
Радиационно-экологическая оценка освоения майкопских глауконитовых песков Рассматривается применения глауконитовых песков на территории РА, а так же их влияние на радиационный фон при внесении в почву в качестве минеральных удобрений....
Категория: Наука | Автор: Хуратов Б.А. | Добавлено: 08.04.2011
Аватар Стрижак
Календарь стабильный в новом проекте 71/400 В статье излагается проект постоянного календаря со вставной неделей и циклом 71/400, способный решить актуальную на протяжении многих десятков лет реформу григорианского календаря....
Категория: Наука | Автор: Стрижак | Добавлено: 04.12.2014
Аватар Леухина Л. Е.
Политическая элита: подходы к изучению Статья посвящена проблеме изучения политической элиты. В частности,рассматриваются различные подходы к изючению политической элиты....
Категория: Наука | Автор: Леухина Л. Е. | Добавлено: 14.08.2009
Лучшие авторы
Аватар seshat
Журналист, писатель, копирайтер. Публикации в печа...

Читать

Аватар georgi58
Человек простой, кто бы хотел научится любит всех.

Читать

Аватар dacor
Нашему рекламному агентству « DeCor» претит однооб...

Читать

Аватар Продавец Сыра
«Я хотел подарить ей весь Мир, Луну и Звёзды - под...

Читать

Аватар Света
Автор сайта Лепесток - ландшафтный дизайн, комнатн...

Читать

Свежие комментарии
Да, видеокурсы очень удобная штука, и особенно онлайн. Я ни раз проход...

Читать

информативная статья, благодарю

Читать

Интересные цифры, но кажется совсем дешево для капитального ремонта

Читать

Для общего развития можно не только игрушки покупать. Мы часто покупае...

Читать

Мдаа, меня как в детстве к стоматологу было не затащить, так и сейчас....

Читать

Напишите нам