Динамика
- Эталон системы измерения. Плотность веществ.
- Измерение веса тела в покое. Определение веса тела.
- Расчет силы тяжести и силы Архимеда. Причина "гравитации".
- Вес тела в движении. Сила инерции. Изменение веса при прямолинейном и вращательном движении. Центробежный эффект (гироскоп)
- Влияние инерционного вектора на биологический объект (перегрузка)
- Математическое выражение центростремительной центробежной силы инерции; (таже формула неподвижного тела только + скорость ускорение )0))
- Процессы на Земле которые происходят под действием силы инерции вращения Земли. Сила Кариолиса. Приливы и отливы, суточные ритмы, формирование циклонов и антициклонов;
- Инерция температуры, принцип работы термосов и криосов.
- Рычаг Архимеда, гидравлический рычаг, механический рычаг (домкрат), винт Архимеда
- Принцип действия акселерометра
- Эффект Джанибекова. Геометрия силы
- Торможение свободного падения и ускорение свободного падения. Слова паразиты "масса", "Гравитация" и прочие.
- Искусственная сила тяжести на космическом корабле
- Ненужное (эталон массы гири 1 кг)
1. Эталон системы измерения. Измерение плотности веществ.
Плотность воды принята за эталон 1000 кг/м³ (1 г/см³) на поверхности нашей планеты из-за ее уникальных физико-химических свойств, принятых за основу в метрической системе измерений. Плотность воды не измерили, а приняли как эталон плотности. Значение 1000 кг/м³ принято потому, что это среднее значение плотности на поверхности нашей планеты, выше которой тело однородной плотности будет иметь силу тяжести, ниже которой тело будет иметь силу Архимеда. В свою очередь, "эталон массы 1 килограмм" определили как вес 1 литра воды при 4°C, потому что это та температура, при которой вода имеет максимальную плотность. Это не результат измерения, а договоренность ученных, на которой построена система единиц измерения.
Самый распространенный и точный метод измерения плотности веществ - гидростатический метод Архимеда, суть которого в следующем:
Измеряется разница веса вещества в среде воздуха и воды, плотность которой является эталоном, следовательно плотность вещества будет определяться как отношение плотности воды к разнице в весе.
где:
ρ — плотность вещества,
1000 — эталонная плотность воды (кг/м³),
P_возд — вес вещества на воздухе,
P_вода — вес вещества в воде.
Пример расчета плотности вещества плотность которого больше плотности воды:
Вес слитка железа на воздухе, для удобства = 1 кг;
Вес этого же 1 кг железа в воде = 0,8718 кг;
Плотность воды (эталон) = 1000 кг/м³;
Разница веса на воздухе и в воде = 1 - 0,8718 = 0,1282 кг;
Плотность железа = 1000 кг/м³ / 0,1282 = 7800 м³. (кг сокращаются).
Пример расчета плотности вещества плотность которого меньше плотности воды:
Вес сухой сосны на воздухе, для удобства = 1 кг;
Вес этого же 1 кг сосны в воде = - 0,875 кг;
Плотность воды (эталон) = 1000 кг/м³;
Разница веса на воздухе и в воде = 1 - (-0,875) = 1,875 кг
Плотность сухой сосны = 1000 кг/м³ / 1,875 кг = 533 м³ (кг сокращаются)
Как видите для расчета плотности вещества нам не нужен объем тела, объем нужен для расчета силы тяжести и силы Архимеда.
Расчет плотности газов:
Методика расчета плотности газов сводится к
Таким образом измеряется плотность всех веществ в среде воздуха, точкой отсчета для измерения которых является эталон плотности воды. Так как расчет плотности веществ производили через формулу плотность = вес / объем, то и табличные значения плотности имеют размерности кг/м³.
Если плотность тела больше плотности среды это сила тяжести тела, которая давит вертикально вниз на опору самой Земли.
Если плотность тела меньше плотности среды это сила Архимеда, которая выдавливает вертикально вверх от опоры самой Земли.
2. Измерение веса тела в покое. Расчет силы тяжести и силы Архимеда.
В случае если это пружинные весы (динамометр: динамос – сила, метео – измеряю) мы скажем, что вес это сила тяжести, действующая от опоры или на опору в зависимости от расположения точки опоры весов.
Если мы груз ставим сверху сила тяжести действует на опору, если же мы груз подвешиваем снизу сила уже будет действовать от опоры. Так как вектор это направление действия силы, то вес как сила тяжести будет иметь направление в зависимости от пространственного расположения точки опоры.
Процесс измерения веса на пружинных весах (динамометре) сводится к определению меры растяжения или сжатия пружины, возникающей под действием силы тяжести груза.
Чем тяжелее груз, тем больше растягивается или наоборот сжимается пружина, перемещая стрелку по градуированной шкале в килограмм-силах или просто в килограммах.
КГС это системная единица измерения силы, равная весу 1 кг.
В случае, если это рычажные весы мы скажем, что вес это две силы тяжести, действующие на чаши весов, которые разделены плоскостью опоры и которая одновременно является точкой равновесия. Эта же точка будет являться центром тяжести.
При равенстве грузов на весах точка равновесия будет по центру тяжести, а смещая центр равновесия (тяжести) мы будем наблюдать эффект рычага.
Процесс измерения веса на рычажных весах сводится к уравновешиванию веса на одной чаше весов с набором эталонных гирь известного веса на другой чаше. Когда коромысло весов приходит в состояние равновесия (центр тяжести смещается в центр), вес тела считается равной суммарному весу гирь.
Отсюда формулируется определение веса:
Вес это сила с которой тело давит на опору если плотность тела больше плотности внешней среды и выдавливает от опоры если плотность тела меньше плотности внешней среды, из чего заключаем, что вес тела однородной плотности равен разности плотности тела и среды, умноженной на объем тела:
Совершенно очевидно, что если результат больше нуля это сила тяжести, а если меньше нуля это сила Архимеда.
Пример расчета силы и ее направления для цельной стальной сферы в среде воды на поверхности Земли:
объем сферы V = 1 м³;
плотность стали ρ = 7800 кг/м³;
плотность воды ρ = 1000 кг/м³.
F = (7800 - 1000) * 1 = 6800 кгс (вниз).
Результат: цельная стальная сфера тонет в воде с силой 6800 кгс.
Пример расчета силы Архимеда в среде воздуха для шара с гелием:
объем шара V = 1 м³;
плотность гелия ρ = 0,1785 кг/м³;
плотность воздуха ρ = 1,2 кг/м³.
F = (0,1785 - 1,2) * 1 = -1,0215 кгс (вверх).
Результат: шар с гелием всплывает в воздухе с силой -1,02 кгс.
Если нам необходимо рассчитать вес и вектор тела которое имеет не однородную плотность, например силу с которой подводная лодка будет действовать под водой, нужно учитывать, что вещество одной плотности может быть больше плотности воды и следовательно тянуть тело вниз, а другое меньше плотности воды и наоборот тянуть тело вверх и следовательно результирующая сила будет определяться суммой всех сил действующих на тело неоднородной плотности:
объем стали (оболочка) Vст = 0,01282 м³;
плотность стали ρ = 7800 кг/м³;
плотность воздуха ρ = 1,2 кг/м³;
плотность воды ρ = 1000 кг/м³.
Сила для стали: F = (7800 - 1000) * 0,01282 = 6800 * 0,01282 = 87,2 кгс (вниз).
Сила для воздуха: F = (1,2 - 1000) * 1 = -998,8 кгс (вверх). Суммарная сила: F = 87,2 + (-998,8) = -911,6 кгс (вверх). Результат: стальная сфера всплывает с силой -911,6 кгс.
Пример расчета силы Архимеда для той же стальной сферы но с более толстой стальной оболочкой:
объем сферы V = 1 м³;
объем стали (оболочка) Vст = 0,15384 м³;
плотность стали ρ = 7800 кг/м³;
плотность воздуха ρ = 1,2 кг/м³;
плотность воды ρ = 1000 кг/м³.
Сила для стали: F = (7800 - 1000) * 0,15384 = 6800 * 0,15384 = 1046,1 кгс (вниз).
Сила для воздуха: F = (1,2 - 1000) * 1 = -998,8 кгс (вверх). Суммарная сила: F = 1046,1 + (-998,8) = 47,3 кгс (вниз). Результат: сфера тонет с силой 47,3 кгс.
Пример расчета веса стальной сферы для нейтральной плавучести:
объем сферы V = 1 м³;
объем стали (оболочка) Vст = 0,1469 м³;
плотность стали ρ = 7800 кг/м³;
плотность воздуха ρ = 1,2 кг/м³;
плотность воды ρ = 1000 кг/м³.
Сила для стали: F = (7800 - 1000) * 0,1469 = 6800 * 0,1469 = 998,9 кгс (вниз).
Сила для воздуха: F = (1,2 - 1000) * 1 = -998,8 кгс (вверх).
Суммарная сила: F = 998,9 + (-998,8) = 0.
Результат: сфера находится в равновесии (не тонет и не всплывает).
Таким образом можно вычислить с огромной точностью значение и направление действия силы. Как видите наша формула F = ( p тела - р среды ) * V содержит только базовые параметры плотности внешней среды и вещества, которые определяют направление действия силы и ее точное значение.
Очевидно, что приближение результата расчета к 0 будет определять скорость движения тела. Например стальная сфера которая имеет силу тяжести 100 кгс будет тонуть в два раза быстрее чем стальная сфера имеющая силу тяжести 1 кгс. Пузыри воздуха разного объема будут иметь разную силу Архимеда и следовательно разную скорость всплытия.
Представьте себе неподвижную сферу из металла глубоко под водой. Плотность металла больше плотности воды и следовательно сфера лежит на дне удерживаясь силой тяжести действующей на опору самой земли. Теперь представьте, что плотность внешней среды начинает увеличиваться, уменьшая тем самым и вес самой сферы. Когда плотность среды станет равна плотности сферы из металла, сила тяжести сферы исчезнет. Если плотность внешней среды вокруг сферы начнет уменьшаться, ее вес наоборот, начнет увеличиваться, а при достижении плотности внешней среды плотности космического вакуума ее вес станет максимальным. Поэтому в космосе вес тела не равен нулю, но весь вес тела направлен в центр самого тела.
В космосе нет опоры относительно которой вес этой сферы может быть измерен. В качестве же самой опоры может быть плотность внешней среды и конечно твердь самой Земли. Конечно прицепив обычные весы к телу в космосе, вес которого направлен в центр, делают не верный вывод: "вес тела в космосе равен нулю". Но дальше мы будем рассматривать процесс распределения веса тела по сторонам в процессе движения и изменения параметров внешней среды. Не трудно сообразить, что весь вес планеты Земля направлен в ее центр, что собственно и является причиной того, что называют "гравитация".
Если мы возьмем кусок льда, замороженного в естественных условиях и рассмотрим его в микроскоп, мы увидим множество пузырей воздуха, вмороженных в его структуру:
 |
| Лед под микроскопом |
Плотность льда меньше плотности воды и поэтому лед плавает на поверхности воды. Но лед, замороженный в вакууме, оказавшись в воде утонет, потому что в этом случае в его структуре не будет воздуха и плотность льда замороженного в вакууме будет больше плотности воды и следовательно лед утонет. В пенопласте объемом 1 м³ 98 % объема занимает воздух, герметично окруженный полистиролом. Поэтому плотность вещества это показатель того, сколько содержится вещества на единицу объема, это мера распределения вещества на единице объема, остальную часть которого в большинстве случаев занимает воздух, плотность которого равна 1.
3. Измерение веса тела в движении. Ускорение и торможение свободного падения.
Ускорение свободного падения (погружения) это процесс набора скорости тела от нулевого значения до максимального. Это время, в течении которого тело будет набирать скорость до состояния постоянной скорости. И наоборот, торможение тела это время, в течении которого скорость тела снижается до нуля.
Простой динамометр имеет только одну плоскость свободы - вдоль оси растягивающейся или сжимающейся пружины. Сила веса поперек пружины не покажет наличие веса, лишь боковую деформацию самой пружины. Поэтому динамометр измеряет вес только в одной плоскости, только в двух направлениях, только в двух точках поверхности сферы. Следовательно нам необходим такой прибор, который будет определять вес тела в любом возможном направлении, а не только в направлении сжатия или растяжения пружины, прибор который измеряет вес в направлении каждой точки поверхности сферы, а не только в вертикальном направлении к центру Земли.
В голове человека имеется "прибор" который называется вестибулярный аппарат. Это шарик который заполнен жидкостью, внутренняя поверхность которого имеет огромное количество рецепторов - микроскопических динамометров, которые реагируют на любое смещение жидкости внутри шарика при движении человека. Таким образом у человека формируется состояние равновесия в пространстве. Этот орган практически тот же самый динамометр, у которого миллионы плоскостей свободы, динамометр, который показывает наличие веса в любом направлении, во всех возможных радиусах сферы, а не только вдоль какой то одной. Если мы на поверхности Земли к нему прицепим груз весом 1 кг он покажет нам значение 1 килограмм силу. Представим что мы сделали такой динамометр и назовем его универсальным динамометром.
На поверхности Земли мы нашим динамометром измерили вес стальной сферы и нашли ее вес равный 100 килограмм сил. Далее предположим, что сферу выбросили из зависшего вертолета на высоте 100 км. К телу вертикально прикреплен наш новый динамометр для регистрации веса.
Весь процесс полета сферы до самой земли будет иметь 3 ярко выраженных процесса.
набор скорости ускорение - вес в обратную сторону, стабилизация скорости вес в ноль, торможение сферы из-за возрастающей плотности воздуха распределение веса сферы в сторону торможения
Первые 5 - 7 секунд полета сфера будет набирать скорость т.е. будет двигаться с ускорением. Плотность внешней среды воздуха будет играть роль "опоры", относительно которой будет перераспределение веса:
В течении времени ускорения сферы ее вес будет уменьшаться в сторону падения, а в противоположную сторону от ускорения наоборот в той же мере увеличиваться.
Сфера будет увеличивать скорость, а внешняя среда будет сопротивляться движению сферы своей плотностью, создавая реакцию трения (нагрева).
При достижении определенной скорости, которая зависит от плотности среды, плотности сферы и ее объема (формы), вес сферы в сторону падения будет полностью скомпенсирован скоростью и внешняя среда остановит процесс увеличения скорости сферы и
дальше до самой земли начнется медленное
Весь вес падающей сферы меняет вектор на противоположный падению, а относительно самой земли вес сферы становится равен нулю. Относительно падающего тела мы говорим "тело ускоряется", но относительно среды, в которой падает наше тело мы скажем "среда тормозит тело".
Вес сферы в процессе движения к Земле не изменился, вес распределился по сторонам.
какая то хуита с этой инерцией - тоже паразит ?
Инерция — это свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения
Сила инерции это тот же вес тела, который распределился по сторонам относительно первоначального направления. Например, Вы пнули мячик сообщив ему импульс, а дальше мяч покатился под действием своего веса, под действием силы инерции.
инерция это свойство тела сохранять вес неизменным, как свойство резиновой сферы удерживать воду внутри себя.
Установим наш универсальный динамометр на автомобиль.
Автомобиль начинает процесс увеличения скорости - ускорение. В процессе прямолинейного ускорения автомобиля, опорой для которого является внешняя среда воздуха, вес на нашем динамометре будет распределяться так:
в сторону ускорения и в сторону к центру Земли вес уменьшается
в противоположную сторону ускорения вес в той же мере увеличивается, а водитель ощутит эту силу как прижимание к спинке своего кресла
Вес в противоположную сторону ускорения будет увеличиваться до тех пор, пока ускорение автомобиля не достигнет значения ускорения свободного падения на Земле. В момент когда ускорение свободного падения (а) будет равно (g) вес к центру земли и в сторону ускорения станет равен нулю, а в сторону противоположную ускорению он станет равным весу самого автомобиля.
Вес автомобиля в процессе ускорения не изменился, вес распределился по сторонам.
Если процесс ускорения сменяется торможением, сила, пройдя через ноль меняет направление и становится направленной в сторону самого торможения, что также фиксируется на нашем универсальном динамометре, а водитель ощущает эту силу как прижимание к рулю.
Центробежная сила
Если теперь ускоряющийся автомобиль начинает поворот на определенный угол, он начинает двигаться вдоль дуги окружности определенного радиуса. Вместе с поворотом автомобиля поворачивается и вектор силы:
Сила поворачивается вдоль радиуса и она будет стремиться увеличить радиус. Теперь мы эту силу назовем центробежной.
 |
| Центробежная сила |
Если при прямолинейном движении необходимым условием для появления силы инерции является ускорение, то при вращении вектор ускорения поворачивается вдоль оси вращения от каждого полюса в центр вращения и обращается в ноль. Поэтому для центробежной силы не нужно постоянное ускорение, а достаточно постоянной скорости, ведь ускорение нейтрализовано по самой оси вращения.
Центробежная сила это сила изнутри наружу, когда масса (например воды) стремится продолжить движение радиально из центра наружу
 |
| Центробежная сила |
Как и в случае прямолинейного ускорения вес вращающегося тела не изменился, изменилось распределение веса по сторонам.
Центробежный эффект вращения тела (гироскоп)
Волчок это простая юла которая при вращении получает способность удерживать направление своей оси вращения в пространстве, удерживаясь таким образом в вертикальном положении вращения. Само слово «гироскоп» происходит от древнегреческих слов: «γῦρος» (gyros) вращение по кругу, и «σκοπέω» (skopeo) — смотрю, наблюдаю.)
Почему юла не падает при вращении и какая сила ее удерживает ?
Вращение резиновой сферы с водой очень удачный, точный и безусловно научный пример для того, чтобы проследить все степени деформации сферы с возможностью регистрации всех изменений.
Если вращать резиновую сферу вокруг своей оси, сферу от центра центробежная сила растянет по периметру экватора и в той же мере вдоль оси вращения сожмет с полюсов к центру самой сферы.
По периметру экватора перпендикулярно оси вращения центробежная сила будет максимальной и по мере увеличения частоты вращения стремится к бесконечности.
Вдоль оси вращения к центру сферы от каждого полюса сила (ускорение) наоборот будет минимальной и по мере увеличения частоты вращения стремится к нулю.
Иными словами весь вес сферы будет стремиться сконцентрироваться по периметру экватора, а по оси вращения вес сферы будет стремиться к нулю.
По мере увеличения частоты вращения сферы с водой, ее будет все больше и больше растягивать по экватору, но в той же мере сжимать с полюсов. По итогу мы будем наблюдать силовой диск, геометрия которого сформирована тремя силами:
Две с полюсов в центр сферы
Центробежная сила действующая вдоль всех радиусов по всему периметру экватора сферы
Силы которые деформировали сферу не фиктивные силы, но силы которые мы можем зарегистрировать на динамометре с более предпочтительной для нас шкалой в кг/силах.
Если теперь эти силы спроецировать на гироскоп из стали, распределение сил будет таким же:
Две силы с полюсов в центр гироскопа, а третья центробежная действующая по периметру экватора
Весь вес гироскопа будет стремиться сконцентрироваться по периметру экватора, а по оси вращения вес гироскопа будет стремиться к нулю и при определенной частоте вращения будет сформирован "силовой диск" и вес вдоль оси вращения будет равен нулю.
Вес гироскопа не изменился, изменилось распределение его веса по сторонам.
Так как весь вес гироскопа сконцентрирован по периметру экватора, то и "землей" гироскопа, которая его притягивает, становится периметр самого экватора. Как кирпич лежащий на столе притягивается к земле, так и гироскоп "притягивается" к периметру своего экватора. Поэтому любая попытка изменить направление к "земле гироскопа" заканчивается его способностью удерживать направление в пространстве.
Чем симметричней тело которое вращается тем устойчивее будет и само вращение. Поэтому производители техники особенно в которой имеется физическое вращение огромное значение придают балансировке деталей. Вращение (движение) каждой детали механизма сбалансировано со всеми остальными, чем достигается идеальная механическая симметрия - идеальный механизм.
Гироскоп (юла) имеет одну ось вращения т.е. одну степень свободы.
Теперь если мы вращающийся гироскоп расположим горизонтально и предоставим ему возможность вращаться в горизонтальной плоскости на поплавке с водой, мы получим прибор который называется гирокомпас имеющий две степени свободы.
Находясь с таким прибором на экваторе, мы увидим, что ось его вращения установится вдоль магнитного меридиана на линии север – юг, то есть параллельно оси вращения Земли, причем направления вращения ротора и оси вращения Земли будут всегда противоположными ?.
Почему ось вращения гироскопа на основании установится параллельно оси вращения Земли ? Почему тогда юла которая вращается вокруг своей оси не падает стремясь повернуться параллельно оси вращения Земли ?
что то тут не вяжется ... текст не сформирован
По мере приближения такого гироскопа к полюсу у него появится стремление наклоняться в третьей вертикальной плоскости.
Теперь если мы предоставим гироскопу третью ось вращения в вертикальной плоскости мы получим свободный гироскоп с тремя степенями свободы:
Где
ось Х - ось вращения ротора
ось Y - ось вращения ротора в вертикальной плоскости
ось Z - ось вращения ротора в горизонтальной плоскости
По мере приближения работающего трех осевого гироскопа к полюсу ось ротора будет наклоняться в вертикальной плоскости, направляясь одним концом на магнитный полюс земли. Чем ближе к полюсу, тем больше наклон оси вращения ротора, а на самом полюсе ось вращения гироскопа примет вертикальное положение, как и стрелка компаса. Северный конец оси вращения Земли направлен почти точно на Полярную звезду (альфа Малой Медведицы), поэтому гироскоп с тремя осями вращения одним концом покажет на нее, а вторым концом на магнитный полюс вдоль оси вращения Земли.
Следовательно появляется возможность использования данного прибора в качестве гирокомпаса или гироскопического горизонта (авиагоризонта)
 |
| Авиагоризонт |
Краткий вывод:
Одно осевой гироскоп (юла, волчок) стремясь повернуться параллельно оси вращения земли удерживает направление своей оси вращения в пространстве относительно оси вращения Земли.
Если одно осевому гироскопу предоставить возможность поворачиваться в еще одной плоскости мы получим двух осевой гироскоп, который имеет две оси вращения: Первую ось вращения ротора, а вторую в горизонтальной плоскости на поплавке. При работе такой гироскоп поворачивается сам, пока ось вращения ротора не станет параллельна оси вращения Земли и дальше будет "поворачиваться" уже вместе с ней, причем направление вращения ротора и оси вращения Земли всегда будет противоположным.
Если двух осевому гироскопу предоставить возможность поворачиваться в третьей вертикальной плоскости мы получим трех осевой свободный гироскоп, который удерживает направление во всех плоскостях и в пределах пространства Земли относительно оси вращения Земли.
Если трех осевому гироскопу предоставить возможность поворачиваться в четвертой плоскости мы получим четырех осевой гироскоп и если теперь его совместить с одно осевым мы получим прибор который реагировать на вращение солнечной системы
4. Влияние инерционного вектора на биологический объект (перегрузка)
Представь себе космический корабль, который набирает скорость с безопасным ускорением 10 метров в секунду. Корабль может разгоняться до сколько угодно огромных скоростей, единственным условием является сохранение постоянного ускорения при наборе скорости, потому что если ускорение будет например 500 метров в секунду то жидкость летчика (его кровь) прижмется к стенкам вен и артерий и мгновенно останавливается. Весь процесс набора скорости (ускорения) должен происходить плавно, в пределах безопасного ускорения и наоборот уменьшение скорости должно происходить плавно. Допустим космический корабль движется прямолинейно с ускорением 10 км/с, тогда через час его скорость уже составит 36000 км/сек или 130 000 км/час. Поворот на 1 градус займет примерно 3 часа для того, чтобы не выйти за пределы опасных перегрузок из-за инерционного вектора при изменении траектории. Конечно в будущем никто не будет разгоняться до таких сумасшедших скоростей, потому что в будущем все перемещения (смещения) в космосе будут происходить посредством процесса телепортации, суть которой мы рассмотрим в главе "электромагнетизм".
У парашютистов есть такой термин "время задержки" , т. е время в течении которого происходит раскрытие парашюта - время в течении которого происходит торможение. Чем оно больше тем меньше инерционный вектор - перегрузка. Потому что если резко остановиться или изменить траекторию движения, появится инерционный момент силы. Поэтому космонавтов тренируют в специальных центрифугах, где их готовят выдерживать эти инерционные моменты сил - перегрузки, в следствии резкого набора частоты вращения, резкого ускорения (торможения), а также при изменении траектории движения корабля. Выявить предел, выше которого человеческий организм уже не сможет выдержать инерционные перегрузки и является задачей этой центрифуги.
Смещение крови к стенкам сосудов в артериях и венах происходит по той же причине, что и смещение воды на поверхности Земли - под действием центробежных и центростремительных сил инерции.
5.Математическое выражение центростремительной центробежной силы инерции;
Внешняя среда создает сопротивление движению тела в виде трения тела о среду движения и возникает вектор распределения - вес, который четко фиксируется на динамометре. Если убрать внешнюю силу для движения автомобиля в среде воздуха, он продолжит движение по инерции, где внешняя среда воздуха будет играть роль "пружины" в которой запасается потенциальная энергия движения и она придает материальному телу силу для движения в отсутствии внешних сил. При ускорении материального тела в материальной среде, внешняя среда сопротивляется движению тела, а при торможении материального тела уже сама среда является источником движения тела по инерции.
Космическое тело (комета, спутник) при входе в атмосферу начинает тереться об атмосферу из-за реакции трения и начинает сгорать. Следовательно трение не является силой, но является результатом (реакцией) взаимодействия движущегося тела и среды движения.
 |
| Трение |
Чем меньше плотность среды тем меньше мера торможения (трение) и следовательно больше сила инерции.
И наоборот:
Чем больше плотность среды тем больше мера торможения (трение) и следовательно меньше сила инерции.
Например сообщить кратковременный импульс стальному шарику он начнет движение по инерции:
в среде воды 1 см,
в среде воздуха 10 см,
в среде космического вакуума не известно, но очень много.
Чем больше скорость и дольше по времени движется тело, тем больше внешняя среда создает сопротивление движению тела (реакция трения) и тем больше следовательно сила инерции.
И наоборот:
Чем меньше скорость и меньше по времени движется тело, тем меньше внешняя среда создает сопротивление движению тела (реакция трения) и тем меньше следовательно сила инерции.
Материальное тело падающее на землю испытывает сопротивление среды и это сопротивление среды выражается в силе которую называют вес.
Если автомобиль начинает движение с тем же ускорением в среде космического вакуума, плотность которого равна нулю, а значит и не создает сопротивления движению, то и сила инерции будет стремиться к бесконечности, так как нет среды, которая бы создавала торможение тела.
Следовательно:
Сила инерции для прямолинейного движения пропорциональна произведению плотности (массы) тела на ускорение тела и обратнопропорциональна произведению плотности среды движения тела на время.
Сила инерции для центробежного движения по кругу пропорциональна ...
Обратите особое внимание Юные Техники, что произведение массы на скорость в учебнике называют "импульсом". Закон, который раньше назывался "закон сохранения силы инерции" теперь называется "закон сохранения импульса".
Например ты пнул мячик и он покатился под действием силы инерции, твой пинок это кратковременный импульс, а дальше сохраняется именно движущая мячик сила, а не импульс, который только привел в движение мячик. Причина не может являться следствием.
6. Процессы на Земле которые происходят под действием силы инерции вращения Земли (силы Кориолиса)
Сила инерции вращающейся земли в науке называется силой Кориолиса.
Вращая стакан с водой по кругу, мы увидим смещающуюся воду по кругу силами инерции, если увеличить стакан до размеров планеты, а воду до размеров океана, процесс мы станем называть приливами и отливами.
 |
| Дневной и ночной бриз |
Небесные объекты в процессе своего движения совершают инерционную геометрию сложной петлеобразной кривой, словами Виктора Шаубергера "универсальное движение по спирали". Тот же процесс для атмосферы, что выражается в ночных и дневных бризах, ветрах, которые дуют с суши на море и с моря на сушу. Ветра как бы повторяют направление приливов и отливов, как вдох и выдох повторяют ритмы сердца. Этой инерционной силе подвержены все объекты земли обладающие массой (весом) и испытывающие влияние инерционного вращения земли и конечно сама земля, что выражается в том, что она растянута по экватору. Обратите внимание Юные Техники, Земля сплюснута с полюсов по причине того, что центробежная сила вращения Земли растягивает экватор. Земля как бы стремится равномерно разлететься и возникает гироскопическая сила под прямым углом к оси вращения Земли. Т.е. правильно говорить "растянутость по экватору", а не "сплюснутость с полюсов". Этой силе подвержен в том числе и сам человек, что выражается в графике биоритмов человека.
 |
| Биологические ритмы |
Надо учитывать соизмеримость объектов. Вес человека ничтожен по сравнению с весом океанов или атмосферы. Это как если бы вы пытались вращать на веревке не груз 10 кг, а тело с весом атома. Была бы инерционная сила при вращении тела с массой атома ? Нет, поэтому и человека не сносит при вращении Земли, а океаны "сносит" в виде приливов и отливов....
7. Инерция температуры, принцип работы термосов и криосов.
Мы нагрели воду до определенной температуры. Так как температура это мера движения частиц, то по мере остывания воды вращение и скорость ее частиц останавливаются не сразу, а по истечении времени, т.е. частицы останавливаются двигаясь по инерции. Грубо говоря вода начала остывать тоже по инерции. Сохранение ее температуры происходит по тем же законам и по той же причине, что и сохранение движения материального тела в отсутствии внешних сил. Следовательно среда, в которой остывает тело и масса самой воды будут определять время, в течении которого будет происходить падение температуры воды. Чем больше масса тела которое вращается, тем дольше оно будет останавливаться вращаясь по инерции, равно как и чем больше масса воды, которая остывает, тем дольше будет и процесс самого остывания. Поэтому бойлеры на 80 литров экономичнее бойлеров на 30 литров. Данное свойство воды могут называть "теплопроводность" или "холодопроводность". Следовательно инерция остывания зависит от массы. Но мы помним, что сила инерции пропорциональна произведению массы на ускорение и обратнопропорциональна плотности среды. Поэтому плотность среды в которой заключена масса воды остывающая по инерции играет не менее важную роль.
Термос ("термо" значит высокая температура) это емкость для длительного сохранения высокой температуры по сравнению с окружающей средой.
Криос ("крио" значит низкая температура) это емкость для длительного сохранения низкой температуры по сравнению с окружающей средой.
Лучшие термосы (криосы) это стеклянный баллон заключенный в глубокий вакуум, который практически не проводит температуру. В главе "электромагнетизм" мы проведем параллель с процессом разряда конденсатора - тоже по инерции.
8. Рычаг Архимеда
Если мы груз ставим на весы сверху сила тяжести действует на опору сжимая пружину, если же мы груз подвешиваем снизу весов сила уже будет действовать от опоры разжимая пружину. Следовательно вес как сила тяжести имеет направление в зависимости от пространственного расположения точки опоры. Проведем параллель с гидрогазодинамикой: Груз давящий на поршень насоса сверху создает внутри него давление выше атмосферного, но груз оттягивающий поршень вниз создает в насосе давление ниже атмосферного.
Формулировка Архимеда: "Соизмеримые величины (А и В) уравновешиваются на длинах, которые будут обратно пропорциональны тяжестям." (Архимед, «О равновесии плоских фигур»). Обратите внимание - уравновешены.
Рычаг Архимеда это проявление закона сохранения равновесия в природе. Выигрыш в силе появляется за счет того, что вес распределяется в зависимости от смещения точки опоры.
На картинке мы видим три коромысла к которым подвешены одинаковые грузы. Меняя положение точки равновесия (центра тяжести) мы изменяем длину плеч и следовательно распределяем силы.
На всех схемах мы видим полностью уравновешенную систему рычажных весов.
Мы смещаем точку равновесия вправо и уменьшаем таким образом плечо в два раза и как следствие видим, что справа сила увеличивалась тоже в два раза. При этом весы остаются быть уравновешенными, следовательно сила справа распределилась вверх и вниз по одной килограмм силе. Вниз на опору действует сила 1 кгс для уравновешивания и от опоры вверх сила 1 кгс - выигрыш в силе.
 |
| Рычаг Архимеда |
КГС (килограмм-сила) - это единица измерения силы, равная весу 1 кг.
Усилие человека остается постоянным, но смещая точку равновесия и увеличивая следовательно длину рычага, мы нарушаем равновесие весов, вызывая распределение веса справа.
Обратите внимание Юные Техники, что формула которую дают в средней школе содержит ошибку.
Проанализируем формулировку из учебника:
"Рычаг Архимеда дает выигрыш в силе, равный отношению длины длинного плеча к короткому (𝐹1/𝐹2=𝑙2/𝑙1). Чем длиннее плечо, к которому прикладывается сила, тем меньшее усилие требуется для поднятия тяжелого груза."
Усилие не меняется, а меняется распределение веса который поднимается. Согласно этой формулировки, мы получим выигрыш силы в 5 раз, т.е. на правой части весов для того, чтобы весы были уравновешены при уменьшении плеча в 5 раз нужно положить справа груз 15 кг.
Имеем:
слева плечо 10, вес 3 кг и его вектор вниз
справа плечо 2, вес 15 кг и его вектор вверх, а вниз веса разве нет для сохранения равновесия ? Конечно есть и он равен тоже 3 кгс, а 12 кгс это как раз и есть выигрыш в силе.
Следовательно имеем схему:
слева вес 3 кг вниз
справа 3 кгс вниз - весы уравновешены, и 12 кгс вверх - выигрыш в силе равен 12/3 т.е. в 4 раза, а не в 5.
Или другая аналогия
На схеме выше имеется коромысло длина каждого рычага по 10 см. Слева груз 3 кг и справа груз 3 кг, точка подвеса по центру, он же центр тяжести.
Весы уравновешены.
Смещаем точку равновесия в право и делаем правое плечо короче левого в 5 раз, получаем
Левое плечо 10
Правое плечо 2
следовательно для того, чтобы весы оставались в равновесии на правую сторону нужно подвесить груз 15 кг. (10/2*3=15)
Теперь смещаем точку равновесия обратно в центр.
Сколько нужно отнять от 15 кг, чтобы весы остались в равновесии ?
Нужно отнять 12 кг - тот самый выигрыш в силе, а 3 останутся для самого равновесия.
Следовательно выигрыш в силе составил 12/3=4 раза
Представьте коромысло длина каждого рычага по 10 см. Слева груз 5 кг и справа груз 5 кг, точка подвеса по центру, он же центр тяжести. Весы уравновешены. Смещаем точку равновесия в право и делаем правое плечо короче левого в 5 раз, следовательно для того, чтобы весы оставались в равновесии на правую сторону нужно подвесить груз 25 кг. (10/5*5=25)
Теперь смещаем точку равновесия обратно в центр.
Сколько нужно отнять от 25 кг, чтобы весы остались в равновесии ? Нужно отнять 20 кг - тот самый выигрыш в силе. Но не 25 кг, как говорит нам учебник.
Теперь когда нам понятен принцип действия механического рычага, рассмотрим гидравлический, механический (домкрат), в основу которого положен принцип описанный выше
Гидравлический рычаг
9. Центробежный (гироскопический) эффект вращения. Степень свободы гироскопа. Гирокомпас. Авиагоризонт.
Материальное тело движется относительно другого условно неподвижного материального тела, например планеты Земля.
В данном случае первая точка отсчета - тело, а вторая точка отсчета земля. Т.е. относительными могут быть материальные "точки отсчета", само же "движение" безотносительно, так как "движение" не является точкой отсчета, движение не является материальным объектом, чтобы иметь свойства материальных тел. Движение это процесс, посредством которого происходит взаимодействие различных материальных тел которые мы называем для удобства "точками отсчета". В зависимости от агрегатного состояния, само тело может быть твердым, жидким или газообразным, оставаясь при этом телом.
Акселерометр.
В технике существует прибор который называется акселерометр, по своей технической сути является обычным динамометром, который измеряет вес. Обратите внимание акселерометр в покое является самым обычным динамометром, который измеряет силу инерции (вес) тела, а не его ускорение.
Причина "гравитации"
Тело, которое лежит на земле, не перестает иметь силу тяжести, тело потому и лежит на земле, потому что продолжает притягиваться к самой земле. Тело, которое лежит на земле находится в состоянии "постоянного торможения" относительно опоры в виде самой земли, а сила инерции тела, которое испытывает торможение направлена в сторону самого торможения, т.е. к самой земле. Иными словами "притяжение" к Земле это следствие того, что тело имеет вес. Следовательно причина "притяжения к земле" это вес самого тела. Вес, который появляется на динамометре при торможении автомобиля в сторону самого торможения появляется по той же причине, что и вес тела на поверхности движущейся в космическом пространстве земли. Некоторые далекие от науки научные круги могут называть эту силу "гравитация".
Про тело которое находится в невесомости космоса говорят "у тела нет веса", пусть телом будет простой кирпич. Теперь, если мы начнем вращать этот кирпич вокруг своей оси, или двигать с ускорением по прямой, то у кирпича появится сила инерции и появится значение веса, которое мы четко зафиксируем на простых весах (динамометре). Т.е. причина веса кирпича который находится в космосе - движение при котором есть ускорение, торможение или изменение траектории движения. Данные силы действуют также и на земле ровно в той же мере. Следуя данной логике, если причиной веса в космосе являются силы инерции в следствии движения тела, то и на земле причиной веса кирпича являются те же самые силы инерции которые могут называть "гравитация".
Материальное тело падающее на землю испытывает сопротивление среды и это сопротивление среды выражается в силе которую называют вес.
не ускорение свободного падения, а торможение свободного падения.
Почему вес при ускорении автомобиля возникает в обратную сторону ускорения, а вес гири возникает в сторону ускорения свободного падения ? Потому что термин "ускорение свободного падения" не правильный термин, но правильный термин "торможение свободного падения". Потому что вес при торможении автомобиля возникает в сторону самого торможения, как и вес гири в сторону ее торможения опорой самой земли. Гиря находясь на Земле продолжает испытывать торможение опорой в виде самой Земли. "Постоянное торможение" гири воспринимается как "притяжение Земли" или "гравитация". Совершенно очевидно, что причиной того что называют "гравитация" являются самые обычные силы инерции.
Инерционная система отсчета это система плотность которой равна нулю, но сила инерции в среде с нулевой плотностью, каковой является космический вакуум тоже равна нулю... Как может система отсчета быть инерционной, если ее плотность равна нулю и никакой инерции в ней быть не может ?
Таким образом причиной того, что называют "гравитация" является простая сила инерции при движении планеты в космическом пространстве.
Искуственная сила тяжести
Вес как термин теряет смысл вне поверхности Земли, к центру которой он направлен на самой Земле. В космосе нет веса кирпича не потому, что его нет, а потому, что нет самой земли которая является для него опорой. Следовательно в космосе нет не веса, а отсутствует опора для его определения.
Если в космическом вакууме вращать систему из 8 динамометров с гирями плотность (масса) которых по 1 кг, мы увидим на всех динамометрах наличие веса. Для симметрии можно обойтись и двумя, но всегда больше 1 и всегда четное.
Если длина рычага каждого динамометра будет равна радиусу Земли, а наша система будет вращаться с частотой 1 оборот в сутки, на каждом приборе мы зафиксируем вес по 1 кгс.
Что в данном случае является опорой, относительно которой мы увидели показания на приборе ?
Эталон массы гири 1 кг. Килограмм-сила
Представим себе пружинные весы у которых с одной стороны шкала в кг, а с другой стороне шкала в ньютонах. Подвесим к ним эталон массы гири 1 кг.
На одной стороне весов мы увидим значение 1 кг, а с другой стороны весов соответственно мы увидим значение 9,8 ньютон.
Переместим наши весы в открытый космос и увидим, что и масса и вес стали равны нулю. Переместим наши весы на поверхность Луны. Так как Луна притягивает к себе в 5,7 раз меньше, чем земля, то ответ будет с одной стороны они покажут массу 175 грамм, а с другой стороны вес 1,6 ньютон.
Вес и масса у нас изменились в равной степени потому, что это одно и то же.
Единственная разница в процессе измерения это размерность в которой мы получаем результат: масса в кг, а вес в ньютонах. Разная размерность на весах не изменяет физический смысл того, что эти весы измеряют. От того, что Вы градусы в термометре назовете вольтами, термометр не перестанет измерять температуру, а от того, что Вы килограммы назовете ньютонами весы не перестанут измерять силу тяжести, с которой тело действует на опору или подвес.
Масса 1 кг не является причиной того, что на другой стороне весов появилась сила 9,8 ньютон, причина не может являться причиной самой себя.
 |
| Эталон массы гири 1 кг |
Следовательно масса и вес не разное, но два разных названия одной и той же величины.
Так откуда появилась техническая необходимость одному и тому же давать разные названия - вес и масса, если при любых условиях, при любых движениях и масса и вес у нас изменяются одинаково ? Зададим ученному с большой и умной головой этот вопрос, он в качестве аргумента может привести такой пример:
Представьте два одинаковых по размеру шара в глубоком космосе (где весов нет и взвешивать нечего): один из пенопласта, другой из стали.
Если вы толкнете пенопластовый шар, он легко отлетит.
Если вы толкнете стальной шар с той же силой, он почти не сдвинется, а вы отлетите назад.
У этих шаров разная масса, хотя их вес в этот момент абсолютно одинаков и равен нулю. Следовательно, масса — это внутренняя характеристика самого предмета (сколько в нем «вещества»).
Как видите из этого простого примера параметр "плотность вещества" стал вдруг теперь "массой".
Масса это просто произведение плотности на объем и не более того.
Следовательно термин "масса" вполне можно исключить из науки и заменить его на термин "вес" с той лишь разницей что параметру "вес" нужно оставить размерность "килограмм - сила", а в быту "сила" сокращается и остаются просто кг. Тогда все встанет на свои места и необходимости в использовании термина "масса" не будет. КГС (килограмм-сила) - это единица измерения силы, равная весу 1 кг. Размерность "ньютон" придется убрать, чтобы не мешала и не путала людей.
В случае прямолинейного ускорения все просто:
сила инерции возникает в противоположную сторону ускорения. Т.е. вектор ускорения и вектор инерции вдоль одной прямой в разных направлениях.
Но когда тело начинает двигаться вдоль дуги окружности, центробежная сила возникает также вдоль вектора дуги в обратную сторону ускорения. И тут происходит метаморфоза, результатом которой становится тот факт что центробежной силе не нужно ускорение и не нужно торможение, а достаточно постоянной скорости.
........
При определенном соотношении частоты вращения, веса и диаметра при движении по кругу центробежная сила инерции возникает строго вдоль радиуса под прямым углом к оси вращения. Это идеальный случай резонансного вращения, при котором центробежный вектор смещается точно под прямым углом к оси вращения. Если частота вращения больше резонансной угол становится острым к оси вращения, если частота меньше угол становится тупым. Задача определить данную частоту в зависимости от частоты, веса и диаметра вращения.