Ликбез по физике (3). Задача на подъём груза

70 7575

Эта статья была написана мной по многочисленным пожеланиям учащихся и трудящихся на сложных научных полях. И плантациях. Эту статью, как и предыдущую, ликбез по физике №2, я тоже адресую в первую очередь школьникам и студентам. Было бы неплохо, если бы такие задачи решали с вами учителя в школах и преподаватели в вузах. Но нет. К сожалению, такого не происходит. А задачка, хотя и довольно простая, но очень показательная. Она действительно показывает, что нынешний закон сохранения энергии, как и само определение энергии, придуманное в XVII веке Готтфридом Лейбницем как массы, умноженной на квадрат скорости – величайшее заблуждение физики, от которого необходимо побыстрее избавиться.

Но вот пустоголовые дяди и тёти, окопавшиеся в отделении физических наук РАН, а также в Министерствах просвещения, а также науки и высшего образования, в силу ограниченности своего умишка, не хотят признавать этот очевидный факт. Причины этого я описал в статье «Ликбез по физике №2. Энергетический парадокс.»

Петр Иванович Дубровский, добросовестный инженер – исследователь, честный и непредвзятый частный научный детектив.

Итак, после публикации очень простой задачи с очень простыми вопросами, на меня обрушился шкальный огонь из всех видов оружия (оскорбления, ругань, упрёки) со стороны недотёп, свято и слепо верующих в закон сохранения энергии, навязанный человечеству Готтфридом Лейбницем во второй половине XVII века. Люди поумнее, но тоже верующие в догмат закона сохранения энергии и саму энергию в их нынешнем виде, начали искать ошибки в моих рассуждениях и в конце концов многие выдвинули предположение, что проблема закона сохранения энергии, которую я продемонстрировал в простой задаче, связана лишь с тем, что я не учёл затраты энергии на достижение поднимаемым телом начальной скорости. И таких претензий мне было высказано более чем двумя десятками читателей в Дзене, на КОНТе, вконтакте и пр.

В принципе, подобную задачу каждый желающий, успешно усвоивший курс школьной физики, а не вылавливающий во время уроков по физике хабарики (окурки) из писсуаров с целью подсушить их на батарее и затем докурить, чтобы почувствовать себя офигенно взрослым, мог бы и сам. Курение в детском возрасте, как известно, отрицательно влияет на неокрепший детский мозг и дальнейшее умственное развитие человека. Ничего сложного или выходящего за рамки школьной физики в этой задаче нет. Её способен решить даже восьмиклассник (или сейчас это девятиклассник?). Правда, мне сказали, что количество уроков по физике в старших классах средней школы сократили до двух или четырёх в неделю. Это правда? Вы там что, в Министерстве просвещения, совсем сдурели? Если министр просвещения Васильева и её заместители и помощники сами не знают основ физики, то из этого следует, что и школьникам физику знать ни к чему? То, что предыдущие Министры образования и науки, доктора физико-математических наук, не знали и не понимали элементарной школьной физики, это понятно. На то они и доктора. Но сейчас же их «ушли», наконец?

Если сокращение занятий по физике – это правда, то, уважаемая остолоп-министр просвещения, позвольте Вам напомнить, что физика – это ОСНОВНАЯ, ВАЖНЕЙШАЯ из всех наук, которые изучают школьники. Физика, по определению, это наука о природе, изучающая свойства, законы движения и законы взаимодействия окружающих нас объектов материального мира. А Вы уменьшением количества часов на её изучение хотите добиться того, чтобы выпускники знали о природе, об окружающем их мире только самые крохи?

Хочу добавить, цитируя академиков АН СССР, что Физика в своей основе – это экспериментальная наука. И что все физические законы базируются на фактах, установленных опытным путём. А в рамках школьной программе по физике до сих пор изучают псевдонаучный бред «Специальной теории относительности» имени Альберта Эйнштейна, «доказавшего», что 1+1=1. И такие же псевдонаучные фантазии на основе «теорем Карно», выведенных по результатам воображаемой работы воображаемого, никогда не воплощенного «в железе» идеально, дважды вечного, двигателя системы Карно. Может, всех Вас там, из Министерства просвещения, пора гнать поганой метлой по причине полной профессиональной непригодности.

Почему я заговорил о профнепригодности? Да посмотрите и почитайте, что мне пишут в комментариях. Такое ощущение, что кругом меня сидят остолоп на остолопе, да еще и остолопом погоняет. С советами и нравоучениями ко мне лезут остолопы, которые не смогли усвоить даже элементарные школьные определения. А вот самостоятельно решить правильно простую задачу по физике эти остолопы просто не в состоянии. Этакое состояние полного нестояния, полной мозговой импотенции. И вы полагаете, что в этом нет вины Министерств просвещения, а также науки и высшего образования?

Ладно, давайте перейдём к решению простой задачи.

Итак, дано: тело массой 1 кг необходимо поднять на высоту 20 метров.

Требуется – определить полный расход энергии при подъёме этого тела при различных скоростях подъёма, учитывая расход энергии на разгон.

Для упрощения принимаем:

1. Для подъёма используются ракетные двигатели для макетов ракет с тягой 1 кГс.

2. Включение и выключение ракетных двигателей мы можем производить в любой удобный момент времени с точностью до 0,001 секунды.

3. Массу ракетных двигателей и оставшегося топлива не учитываем. Просто для того, чтобы не усложнять задачу и не выходить на дифференцирование и интегрирование. То есть просто для того, чтобы задача была понятна всем.

4. Сопротивление воздуха не учитываем.

5. Расход энергии определяем по затратам топлива.

6. Считаем, что КПД ракетных двигателей одинаковое, то есть при одних и тех же затратах топлива в единицу времени ракетные двигатели создают одинаковый по величине импульс силы. Ведь именно импульсом силы тело поднимается вверх. Добавлю, что именно так считают КПД своих настоящих двигателей и настоящие ракетостроители, правда, из лишней скромности, или, чтобы «не будить лиха», они называют этот КПД «удельным импульсом»

Начнём с самого простого – с расчётной схемы. «Кабы схемку иль чертёж»

Маруся

Не печалься и не хнычь!

Стоит только кинуть клич!

Ну-ко, встаньте предо мною,

Тит Кузьмич и Фрол Фомич!

Тит Кузьмич и Фрол Фомич:

Извиняемся, хозяйка,

Энто дело не про нас!

Кабы схемку аль чертеж -

Мы б затеяли вертеж.

Ну, а так - ищи, сколь хочешь,

Черта лысого найдешь! (Я так понимаю, это они про энергию имени Лейбница, которую сейчас изучают в школах)

Где искать и как добыть

То-Чаво-Не может быть?

Ведь его ж на свете нету,

Сколько землю не копыть!.. (Ну не существует «энергии», равной mgh и mV^2/2 – это всё фантазии людей, в частности, учёного XVII века Готтфрида Лейбница)

Ну а со схемкой, точнее, расчётной схемой подъёма тела на высоту 20 метров – это для меня как два пальца об асфальт:

Расчётная схема подъёма тела на высоту с учетом разгона и торможения.

Итак, примем, что подъём тела на высоту осуществляется в три этапа – разгон до какой-то определенной скорости (отрезок подъёма 0-1), равномерное движение с постоянной, достигнутой скоростью (отрезок подъёма 1-2) и торможение (отрезок подъёма 2-3). Если кто хотя бы раз в своей жизни пользовался лифтами, то должен знать, что именно так и происходит подъём Ваших тщедушных тел на верхние этажи многоэтажек. Разве что вместо реактивных ракетных двигателей применяются электрические.

Для упрощения решения (точнее, для упрощения понимания) примем, что разгон производится двумя двигателями, а дальнейшее движение, после достижения заданной скорости подъёма, движение с постоянной скоростью – одним. Который при достижении некоторой высоты выключается и дальнейший подъём – до заданной отметки осуществляется за счёт набранного количества движения.

Тогда сила, действующая на участке разгона будет равна F_01 = 2G, где G – сила тяжести, действующая на поднимаемое тело. Соответственно, на участке равномерного движения F_12 = G и на участке торможения F_23 = 0.

Эпюры подъёмной (движущей) силы, силы тяжести, а также равнодействующей силы приведены на расчётной схеме.

Задаваясь временем разгона t_01, заполним таблицу результатами вычислений.

Достигнутая скорость в каждом варианте V_12 = (F_01 – G) * t_01 / m = G * t / m

Протяженность участка разгона H_01 = g * t^2 / 2

Протяженность участка торможения H_23 = V_12 * t - g * t^2 / 2 = g * t^2 / 2 = H_01 (Надеюсь, понятно, почему? Остолопов, которые будут задавать мне такой вопрос, буду молча отправлять включать свой мозг и читать учебники физики Пёрышкина за 8 класс средней школы)

Тогда Н_12 = 20 метров – 2 * H_01

t_12 = H_12 / V_12

Общее время работы двигателей, а, значит, и общие затраты энергии на подъём равны:

E = 2 * t_01 (работали два двигателя одновременно) + t_12 (работал один двигатель)

Всё, разбор этой несложной задачи закончил.

Результаты расчётов сведены в таблицу ниже. Выводы о затратах энергии и о столь любимом Вами догмате «Законе сохранения энергии имени Лейбница» делайте сами.

Добавлю, что решение этой задачи уже было опубликовано несколько лет тому назад в статье «Нынешний закон сохранения энергии – величайшая ошибка физики», а сама статья была направлена и в РАН и в Министерство образования и науки (тогда было оно). Но вот ответа до сих пор нет ни от кого. Возможно, имеет смысл снова написать в Администрацию президента, так как не отвечать на вопросы и запросы граждан – это правонарушение.

Глупости в комментариях и флуд не по теме буду удалять не задумываясь. Если у кого есть какие-то сомнения или обоснованные возражения – милости прошу, пишите. Если кто-то посчитает что я его чем-то обидел в этой статье, обращайтесь, обращение рассмотрю, и, если признаю обоснованным, извинюсь. Но вот только не надо демонстрировать мне тут истовую веру в догмат «закона сохранения энергии» и личную бестолковость. Не забывайте, что голова человек дана не только для того, чтобы носить шапку и есть в неё. Иногда надо включать собственные мозги и думать.

Рыбка почти заглотила наживку

Ин Джо ви траст Опять громкие заголовки из серии «США конфисковали российские активы, чтобы отдать их Украине». И теперь мы все умрём. Опять. Как уже много раз бывало. Во-первых, е...

«Меня все равно отпустят». Вся правда о суде над Шахином Аббасовым, которого обвиняют в убийстве русского байкера

Автор: Дмитрий ГоринВ понедельник 22 апреля решался вопрос об избрании меры пресечения для уроженца Азербайджана Шахина Аббасова, которого обвиняют в убийстве 24-летнего Кирилла Ковалев...

Российско-китайские отношения и "иксперды"

Ща по рюмочке и пойдём, ты мне будешь ножи в спину вставлять Ремарка для затравки. Я очень уважаю Анну Шафран, особенно после её выступления на прошлогодней конференции по информационной безопаснос...

Обсудить
  • Вот здесь https://cont.ws/@d-pi/1474624#comment15890316 в комментарии: " Свидетель15 октября 22:34 "В каком случае будет затрачено меньше энергии на подъём груза?" - это не корректный вопрос. С точки зрения физики, работу совершает сила. У Вас нет силы, совершающей работу. Энергия ракет тратится не на подъем груза, а на компенсацию силы тяжести. Т.е. РАВНОДЕЙСТВУЮЩАЯ сил на груз в обоих случаях - нулевая. А это значит и нет работы по перемещению грузов. Поднимаются они исключительно по причине равномерного прямолинейного движения ПО ИНЕРЦИИ. Почему затраты топлива разные? Дык при одной и той же мощности движков один в десять раз дольше работает чем другой. И ВСЁ! Без всяких нарушений законов сохранения в данном случае и при данных условиях. НАДО ПРАВИЛЬНО УЧИТЫВАТЬ ПРИЧИННО-СЛЕДСТВЕННЫЕ СВЯЗИ." - я указал на Вашу ошибку. В этой статье та же самая. Т.е. никакого нарушения закона сохранения в данном случае нет.
  • Навскидку, без анализа (анализ позже). Энергия топлива расходуется на 1) перемещение груза; 2) увеличение кинетической энергии газов, получившихся в результате сгорания топлива. Оценки кинетической энергии газов я в решении пока вообще не увидел, а это задача не самая простая.
  • Опять он вылез. К счастью, у нас свобода слова, и писульки писать и тратить время работников администрации президента и спортлото никто не запрещает, но я читающим должен указать что деятельность и труды Петра Ивановича содержат ряд признаков, ярко маркирующих анти- пара- или псевдонауку. Шарлатанство я исключаю, поскольку это все не для коммерции (хотя на машину или полляма таки хотел развести :) ). А конкретно: - крики о непризнании, о заговоре ученых, о косности академических кругов - отрицание официальной науки и претензии на научную революцию - отсутствие нормальной экспериментальной базы - вырванные из контекста цитаты классиков и это только навскидку. Я даже не говорю о страшно раздутом эго, которое заставляет считать себя умнее всех, а остальных недоразвитыми необразованными обезьянами. Ни один уважающий себя настоящий ученый так себя не ведет. После всего этого можно не читать, не спорить, сразу диагноз понятен. Я пообещал не спорить с этим деятелем, и вам не советую тратить времени. Также я приводил место, где закралась ошибка в рассуждениях и откуда произрастают все ошибочные построения и офигительные теории Петра Ивановича, но он в ответ только как попугай повторяет свои супер задачки и всех обвиняет в глупости. Продублирую чтобы сэкономить ваше время. закон сохранения полной механической энергии выполняется в замкнутой механической системе, в которой действуют только консервативные силы, кинетическая энергия mV^2/2 используется чтобы рассчитать превращения потенциальная-кинетическая энергия и вычислить скорость, координату, время, дальность полета итп. Прекрасно все вычисляется, с практикой сходится. Да вы и сами можете покидать шарики с небоскреба с секундомером в руках. Приведенные задачки с ракетными двигателями вводят неконсервативные силы, с тем же успехом можем ввести в условие гиганта, который тянет за веревочку груз вверх. Опровергать закон сохранения энергии уже некорректно.
    • wlass
    • 17 октября 2019 г. 21:37
    Позволил себе повторить расчеты автора по аналогии с его таблицей. В экселевских таблицах (в моем случае - Libre Office Calc) это делается за 15 минут. Округление предоставил самой программе, она и наокругляла до 10 знака :) Зато расчеты точнее получились, чем у автора. Принял g=9.81, время разгона - то же, что и у автора. Получилось то же самое, только знаков после запятой больше. Позволил себе добавить четыре колонки в таблицу. Первая - энергия , переданная телу на участке разгона. Считается как сумма работы по преодолению силы тяжести плюс кинетическая энергия, переданная телу на участке разгона. Вторая - энергия , переданная на равномерном участке. Считается как сила тяжести, умноженная на длину участка разгона. Третья - энергия, переданная на участке торможения. По условиям задачи равняется первой энергии (участок разгона). Четвертая - сумма этих трех колонок. Удивило то, что сумма получилась ровной, без всяких лишних знаков и без округления, равна 196.2 Дж Это не я подгонял, это LibreOffice Calc так постарался. Все цифры в таблице, считая и дополнительные колонки - его работа. Полностью совпадает с расчетной потенциальной энергией тела массой 1 кг, поднятого на высоту 20 метров. А время движения, которое автор ошибочно считает соответствующим энергии, переданной телу, никак этой самой энергии не соответствует. А соответствует это время энергии топлива, сожженного в двигателе при прочих равных условиях. Все это время реактивный двигатель может работать в заданных задачей режимах. Но означает это только то, что на малых скоростях реактивные двигатели работают на нагрев атмосферы в основном, а не на полезную работу. Таков крупный недостаток реактивных двигателей, они на низких скоростях крайне неэкономичны. Предлагаю автору ознакомиться с темой "мощность, КПД и прочие характеристки реактивных двигателей". В интернете полно информации на эту тему. Особенно рекомендую обратить внимание на тот факт, что мощность и КПД реактивного двигателя прямо пропорциональны скорости. Ну и, конечно, еще раз повторяю - надо рассматривать замкнутую систему. Энергия, полученная при сгорании ракетного топлива, взаимодействует не только с полезным грузом, но и с окружающей средой, это надо помнить, и не выдирать из системы те элементы, которые хочет левая нога. Тогда , может быть, подобного ляпа больше не допустит. Это ведь не первый случай. С американским Фальконом (или как его там) , телеметрию старта которого автор использовал, он допустил тот же самый ляп. Придется все-таки использовать другой способ доказательства своей теории. А пока что закон сохранения энергии неуязвим :)
  • По прежнему кидалово. Расход энергии на подъем груза и расход энергии истраченной при подъеме груза это разные вещи. Если начальная скорость равна 0 и вес равен тяге, то груз двигаться никуда не будет, а энергия будет бесконечно тратиться на "липовый подъем".