ФИЗИКА САМОПОДДЕРЖИВАЮЩИХСЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ФИЗИКА САМОПОДДЕРЖИВАЮЩИХСЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Бердинских Владимир Васильевич

Украина, г. Черкассы, ул. Крещатик, 208/1

Тел./факс: +380472454534

Введение

В науке, как и в жизни, светлые полосы озарений, подъемов, удач и побед сменяются темными – парадоксами, застоем, кризисом, тоталитаризмом и реакцией. Слова Р.Фейнмана: - «Если вы поглубже вгрызетесь почти в любую из наших физических теорий, то обнаружите, что, в конце концов, попадаете в какую-нибудь неприятную историю» - вполне отражают эту ситуацию.

Когда на заре авиации проф. С.Лэнгли спросили: «Почему авиаторы терпят неудачи?» - Он сказал: «Возможно, потому, что человек начал с конца и старался строить летательные машины раньше, чем ознакомился с законами, на которых все летание базируется».

Тоже происходило и с наукой. – Лженаучные, основанные на ошибочной интерпретации фактов теории, тоталитарными методами насаждались и правили в науке, а идущие вразрез с ними представления изгонялись, признавались ошибочными, реакционными и пр. Вспомним постановление 1938г. по работам проф. Н.П.Кастерина (1869-1947), дискуссии о силах инерции 1936-1937г., психологии, генетике, кибернетике и др. В этот же разряд попала инерционная вихревая гидромеханика проф. А.Я.Миловича (1874-1958) [1].

Не разобравшись в природном механизме основных физических явлений, и устранив инакомыслие, фундаментальная наука стала тормозом в развитии новой техники и технологии. Новые изобретения получали развитие не благодаря бытующим теоретическим знаниям, а вопреки им, превозмогая противодействие догматических научных взглядов и их институтов [2].

В первую очередь это касается природы вихреобразования и использования энергии вихревого движения. Знание реальных основ этих процессов позволит лучше понять торовые [3] и другие технологии, и физику множества загадочных природных явлений.

1. Энергия вихревого движения

Вопрос о величине сопротивления жидкой среды движению в ней твердых тел относится к древнейшим задачам гидродинамики.

Несмотря на это, долгое время не удавалось достигнуть его общего теоретического решения.

Исторически было выдвинуто две теории.

Инерционная - «ударная» теория Ньютона полагает, что причиной сопротивления жидкой среды движению в ней твердых тел является инерция частиц жидкости набегающих на тело, поэтому и сила сопротивления должна быть пропорциональна количеству движения набегающей на тело массы жидкости. Но попытки найти величину этой силы были неудачными, - сила получалась в два раза меньше действительной.

Представители «фрикционной теории» главной причиной сопротивления жидкой среды считают трение поверхности тела об обтекающую его жидкость, которое стремятся выразить в виде чисто экспериментальных формул.

Введя понятие «силы трения», никто не дал ясного определения природы этой силы и ее механического смысла. А между тем было уже известно, что эта сила принципиально отлична от силы трения твердых тел, так как она оказалась не зависящей от давления.

Начиная с Гельмгольца, было выяснено, что поверхность соприкосновения потока жидкости с неподвижной стенкой, всегда является поверхностью вихревой. Причиной возникновения вихрей стали считать вязкость жидкости.

Так была дана основа для развития теории пограничного слоя.

Прандтль приложив свою теорию пограничного слоя к крылу самолета, увидел, что она дает силу сопротивления, несравнимо меньшую опытной, и не может объяснить появление силы сопротивления профиля тела или подъемной силы крыла.

Обе теории не соответствовали действительности.

С развитием авиации наступили времена, когда инженеры открыто, смеялись над попытками механиков создать полезные для практики аналитические теории.

Первая половина 20-века сопровождалась напряженными усилиями ученых примирить теорию классической гидродинамики с достижениями инженерной практики в области авиации, что привело к перестройке основных принципов и положений механики жидкости.

В результате, реформированная механика исключила необходимость иметь дело с идеальной жидкостью, а с ней и с инерцией ее частиц. Было признано наиболее правильным считать, что физические свойства жидкости (главным образом вязкость) определяют основную картину движения, которую можно оценить только в ходе экспериментальных исследований [4].

Механика жидкости превратилась в инструмент для математической обработки экспериментальных данных и выдачи рекомендаций по оптимизации необходимых опытных исследований, утратив предсказательную способность физической теории.

Так, не разобрались с природой силы сопротивления движению тела в жидкости или газе, в механике стало править заблуждение о том, что единственной причиной возникновения вихрей можно считать вязкость жидкости. Очевидно, что при господстве таких теоретических предпосылок в современной технике и не пытались использовать энергию вихревого движения.

С этой точки зрения в жидкости идеальной, лишенной вязкости, никакой причины для возникновения вихрей нет, поэтому такая жидкость и не может вступить ни в какое взаимодействие с обтекаемыми ею телами, т.е. не оказывает никакого сопротивления их движению в ней.

Но тогда становится совершенно непонятным, куда исчезает сила количества движения набегающей на тело массы жидкости, в чем Ньютон видел главную причину сопротивления жидкой среды, ибо частицы самой идеальной жидкости все же остаются материальными телами.

Ясно, что пассивная сила вязкости, всегда стремящаяся уничтожать всякое относительное движение частиц жидкости, не может быть главной причиной возникновения вихрей, а, наоборот, является действительно единственной причиной их затухания.

Что же касается явления возникновения вихря, т.е. перехода от поступательного движения частиц жидкости к их вращению вокруг оси, что равносильно остановке продольного движения этой части жидкости, то подобное явление возможно только при наличии препятствия продольному движению частиц по инерции.

Теория препятствия проф. А.Я.Миловича, развитая в виде действия системы источников или силовых трубок, возбуждаемых в теле набегающим на него потоком жидкости, или заменяющих их вихревых слоев, всегда неизбежно покрывающих боковую поверхность всякого обтекаемого жидкостью тела, независимо от вязкости, дает нам ответы на все вопросы динамического взаимодействия тела и жидкости. При этом она способна правильно учитывать и эффект вязкости жидкости, так как движение вязкой жидкости по силовым трубкам требует для одного и того же расхода жидкости по ним большей разности давлений у их концов, чем при жидкости идеальной, т. е. вязкость увеличивает силу сопротивления жидкой среды.

«Чтобы закончить рассмотрение основ нового учения о сопротивлении жидкой среды, - писал проф. Милович, - нам необходимо окончательно освободить их от влияния вязкости, показать, что они остаются справедливыми и для жидкости идеальной. Это тем более необходимо, что до сих пор еще является признанной теория о пограничном вихревом слое, основанная на влиянии вязкости в тончайшем, обволакивающем всю поверхность тела слое жидкости. Понятно, что самым объективным способом решения вопроса было бы выполнение непосредственного опыта с идеальной жидкостью.

Такой жидкостью Институт физических проблем считает жидкий гелий, обладающий сверхтекучестью. Но оперирование с жидким гелием весьма трудно и по силам только самому Институту физических проблем. Будем надеяться, что он все-таки сможет выполнить для науки подобный опыт.

А пока его нет, можно привести только доказательство от противного.

Если в теории пограничного слоя положить коэффициент вязкости жидкости равным нулю, действие пограничного слоя исчезнет. Вихри по этой теории на поверхности обтекаемого тела не возникнут. Обтекание станет потенциальным и никакой силы взаимодействия между телом и жидкостью не возникнет. Но если жидкость не будет обладать никакой вязкостью, будет идеальной, то во всяком случае ее частицы не перестанут иметь массу и силу инерции. Количество движения такой жидкости останется определенной силой, независимой от вязкости, и эта сила не сможет исчезнуть вместе с вязкостью, как то показал еще Ньютон; поэтому при обтекании тел самой идеальной жидкостью мы непременно получим и силу взаимодействия между ними, т. е. зарождение и развитие вихрей» [5].

Эти предположения были высказаны проф. А.Я. Миловичем в 1930-1940гг.

А в 1960-е годы американскими учеными были проделаны опыты свидетельствующие о появлении вихревых колец в жидком гелии при сверхнизких температурах, в жидкости почти полностью лишенной вязкости и трения [6].

«Не подлежит сомнению, - писал проф. А.Я.Милович, - что дальнейшее развитие этой теории изменит существующие ныне представления о явлениях, происходящих в жидкой (или воздушной) среде при движении в ней твердых тел, как то: самолетов, судов и т.д., что не может не повести к прогрессу в соответственных отделах техники, а ее основы дадут толчок к дальнейшему развитию науки гидромеханики» [5].

Разработанные проф. А.Я. Миловичем теории источников, диполя, динамического взаимодействия тел и жидкости и др. [5], раскрывают причины возникновения вихрей, природу и свойства сил сопротивления, позволяют найти связь между нею и другими известными нам силами природы, а также предсказать ее действие в условиях, нами не изученных. Несмотря на это, все попытки проф. Миловича найти понимание и признание своих научных представлений, до последних дней жизни не дали результата. А после смерти бороться с лженаучными взглядами в гидродинамике было некому.

Так открывающая перспективы использования вихревой энергии наука, была отвергнута, а с ней и возможность использования накопленных знаний на благо людей.

2. Диполь – носитель энергии

Рассмотрим, что же потеряла наука, отвергнув инерционные подходы к силам сопротивления и процессам вихреобразования.

Из учения классической гидродинамики давно было известно, что изолированный бесконечный прямолинейный вихрь, как и вихрь конечный, но замкнутый, приводит жидкость в движение невихревое с потенциалом скоростей.

Это свойство вихрей без надлежащей проверки было молчаливо распространено и на вихри разомкнутые конечной длины, лежащие своими концами на границах жидкости [7].

Из теоремы В.Томсона следует, что если в начальный момент движение жидкости было невихревым, то оно должно оставаться таким же и все время и, наоборот, вихревое движение всегда остается вихревым.

Иными словами, консервативные силы природы не могут изменять начального характера движения жидкости.

Такой подход не оставлял место для существования процессов появления дополнительной энергии в этих системах.

Но подобное заключение не относится к силам, не имеющим потенциала, как, например, к силам взаимодействия между жидкостью и обтекаемыми ею твердыми телами, имеющими чисто вихревую природу [8].

В своих трудах проф. А.Я.Милович исправил эту ошибку:

«Во всех случаях наличия в жидкой среде источников или конечных разомкнутых вихрей полный запас энергии жидкой среды не будет постоянен в различных ее точках, и вблизи подобных рассеивателей энергии постоянное уравнение Д.Бернулли явится величиной переменной или самого интеграла Д.Бернулли не будет существовать.

… Система источников-точек… имеет смысл не только кинематический, но и динамический, как внесение в жидкую среду определенного нового запаса энергии, в этой среде источниками рассеиваемого, то и на вихревые источники-точки концов незамкнутого вихря мы должны смотреть как на точки источников рассеивания в жидкости добавочной для жидкой среды вихревой энергии. Незамкнутые конечные вихри, как и система источников-точек, являются рассеивателями добавочной энергии» [7].

Мы уже привыкли, не замечаем и не придаем значения тому, что все окружающее нас пространство заполнено сплошными средами – воздухом, светом, электромагнитными полями, эфиром и пр. Поэтому не задумываемся, а какая характерная особенность существования и взаимодействия тел в сплошной среде? С учетом сплошности для большого заключенного средой пространства, любые находящиеся в ней объекты (препятствия, тела с отличными от среды свойствами) будут точечными, т.е. несоизмеримо маленькими по сравнению с пространством, занимаемым средой (например, капля и лужа, или солнце и галактика). И в силу материальности этой среды и ее сплошности (равномерного заполнения пространства) обменные процессы, процессы взаимодействия тел со средой или между собой не могут носить локальный автономный характер, - в пространстве сплошной среды изолированных, не взаимодействующих со средой тел существовать не может. Из-за выполнения закона неразрывности вокруг движущихся тел (точечных объектов) в сплошной среде всегда существуют радиально направленные к ним потоки окружающей среды в виде источников или стоков, в зависимости от свойств среды и объекта. Например, как от капли, упавшей в лужу, или вокруг шара, поднимающегося в воздух, или вокруг рыбы, двигающейся в воде, и т.д. Возникающие при этом потоки среды оказывают динамическое давление в направлении их движения. Сила динамического давления, производимая потоком в направлении его движения, равна секундному количеству движения потока по этому направлению. Поэтому теория, описывающая взаимодействие потоков с препятствиями (телами) или с потоками, является одновременно и теорией силового взаимодействия (сил взаимодействия) и может помочь в понимании природы сил.

Точку в сплошной среде выбрасывающую или всасывающую эту среду назовем источником-точкой.

Источник-точка, выбрасывающий из себя среду во внешнее пространство, будем считать положительным. Наоборот, источник-точка, всасывающий в себя окружающую среду, будем считать отрицательным.

Для плоского движения к источнику-точке поверхность равного потенциала скоростей j =const представляет собой окружность (r=const).

Расход плоского источника q единичной ширины определяется как расход через боковую поверхность прямого кругового цилиндра единичной высоты:

(1)

откуда - расход среды через боковую поверхность, формирующий расход источника q.

Этот боковой расход Q – называют напряжением источника.

Знак напряжения обусловливает собой и знак источника.

Если в среде имеется не один источник, а их целая система, расход материи всей системы источников будет равен алгебраической сумме расходов всех источников:

(2)

Но, удовлетворяя формально уравнениям гидродинамики, изложенная теория источника-точки не может еще соответствовать реальным явлениям природы, ибо она молчаливо допускает возможность физически невозможного явления: полного уничтожения или создания материи в точках источников из ничего, так как ясно, что всасывать в себя всю материю из окружающего пространства точка источника могла бы только при условии исчезновения в ней всей этой материи вследствие превращения ее в ней в ничто. Или, наоборот, непрерывно выбрасывать из себя материю точка источника могла бы только при условии непрерывного возникновения в ней самой этой материи из ничего. В обоих случаях мы неизбежно пришли бы к увеличению или уменьшению всего объема материи в пространстве, т. е. к его непостоянству. Это изменение общего начального объема среды и выражается уравнением (2).

А так как при движении реальных сред их начальный объем должен сохраняться неизменным, то для восстановления реальности теории источников необходимо выполнение ею, кроме уравнения непрерывности, еще одного добавочного условия, выражающего собой условие неизменности или постоянства начального объема материи среды.

По уравнению (2) это условие может быть представлено в виде уравнения:

(3)

Оно требует равенства нулю алгебраической суммы напряжений системы источников

(4)

и тем самым показывает нам, что реальным может быть не один изолированный источник-точка, а минимум система из двух источников-точек с напряжениями, равными по величине, но обратными по знаку. Точка пространства сплошной среды, являющаяся совмещением двух источников-точек с напряжениями, равными по величине, но обратными по знаку, называется источником-парой или диполем [5].

Вихрь или диполь является динамической материальной структурой объединяющей в себе две противоположности (полярности) – источник и сток, непрерывное выбрасывание и всасывание в себе материи обеспечивающее циркуляцию внутри структуры. Это означает, что если из любой точки системы заполненной средой происходит отбор среды с расходом q, то на это система реагирует и как реакция - в любой другой своей точке система в состоянии принять дополнительное количество среды, равное отобранному. Т.е. внешнее взаимодействие (с расходом q) не проходит для системы бесследно, а порождает ответное противодействие, реакцию (с расходом -q), чтобы компенсировать обусловленное этой утечкой материи изменение плотности среды внутри системы. И наоборот, чтобы отобрать из замкнутой системы часть среды с расходом q нужно обеспечить градиент давления, т.е. приложить силу, совершить работу против реакции системы. Соответственно если за счет внешних сил происходит отбор среды из замкнутой системы, то внутри системы возникает разряжение, пониженное давление и если в любой точке такой системы дополнительно подключить открытый коллектор, то внутрь системы устремится внешняя среда, т.е. он будет обладать всасывающими способностями – всасывающий режим. В представлениях древних Посвященных такое состояние соответствует: «вдоху», пассивному состоянию, тьме, энергии Инь или женской энергии. И наоборот при нагнетании среды извне в систему, внутри системы возникает повышенное давление, а в случае подключения дополнительного коллектора по нему избыток среды устремится из системы, выбрасывается – напорный режим, соответствующий «выдоху», активному состоянию, свету, энергии Ян или мужской энергии.

Такая система в целом является автоколебательной. Это свойство диполя порождает и поддерживает процесс происходящего в природе непрерывного движения.

В привычном для всех виде – диполь, или вихрь - это динамическая структура кинематическая картина движения жидкости, в которой представлена на рис.1[7]. Это система из двух источников равного напряжения (Q) и противоположных знаков (источник и сток) или двух вихрей противоположного вращения. Вследствие чего одна сторона диполя - вихря выбрасывает жидкость (со стороны m), а вторая ее всасывает (со стороны n). Что обусловливает разность давления, которая обеспечивает силу тяги (Р) диполя (вихря, солитона и пр. подобных структур). Сила давления Р на окружающую жидкость, направлена от точки n к m в сторону увеличения давления. Жидкая среда в свою очередь давит на диполь с той же силой, но в прямо обратном направлении. И если диполь может свободно двигаться в жидкости, то это давление среды будет двигать его по направлению оси XX от m к n в сторону уменьшения давления. Диполь будет как бы "подсасываться жидкой средой", также как и всякое обтекаемое жидкостью тело.

Рис. 1 [7]

Для обеспечения выполнения реальности процессов взаимодействия в сплошной среде необходимым условием является существование как положительного источника – выбрасывающего из себя среду (или просто источник) так и отрицательного – всасывающего в себя окружающую среду (сток). Если положительный источник в среде может быть легко реализован при отражении потока от препятствия, тела, то отрицательный (сток) – технически реализовать без специальных приемов сложно. Выход из этого математического запрета природа решила просто. Второй способ, которым можно обеспечить условие (3) – прекратить поступление среды (q=0) к центру источника, направив поток боковой поверхности Q перпендикулярно радиусу источника, т.е. по касательной к окружности, путем перевода его в поток вращающийся вокруг оси источника, образовав вихрь.

Проф. А.Я.Милович доказал полную идентичность теории вихрей и теории источников, - тождественность напряжения вихревых шнуров напряжению источников-точек, и расширил природу диполя: диполь представляет собой не что иное, как систему двух бесконечно близких параллельных вихрей противоположного вращения или двух источников-точек с напряжениями равными по величине, но обратными по знаку.

Диполь сообщает среде по оси им вызванного течения совершенно определенное и конечное количество движения, т.е. действует на среду с совершенно определенной силой. Таким образом, диполь представляет собой силу, или центр энергии, рассеиваемой им в окружающую среду. Это утверждение, по словам проф. Миловича, оказалась столь трудно воспринимаемым, что даже лица, весьма компетентные в гидродинамике, отнеслись к нему с большим недоверием.

С целью исчерпать всякие сомнения в полной реальности диполя был изготовлен прибор, демонстрирующий его действие [5].

Чтобы осуществить основную особенность диполя, состоящую в одновременном всасывании и выбрасывании им одного и того же количества жидкости с одинаковыми скоростями, проф. А.Я.Миловичем был выполнен петлеобразный канал АВС (рис.2[5]) прямоугольного поперечного сечения.

Всасывающий и выбрасывающий концы этого канала А и С имеют одну и ту же площадь f поперечного сечения и расположены прямо обратно друг другу в одной горизонтальной плоскости, так что продолжение их, показанное пунктиром, образует как бы одну прямую трубу АС.

Для возбуждения движения воздуха в этом канале вверху, в расширенной его части В, помещен пропеллер К, вращающийся вокруг оси 00. Весь канал подвешен на горизонтальную ось, проходящую через точку 0' и нормальную к плоскости чертежа. Вокруг этой оси канал АВС может свободно вращаться под действием силы Р, развивающейся у его концов А и С при работе пропеллера, причем конструкция исключает влияние на это вращение тяги самого пропеллера. Сила P измеряется весом G, стоящим на чашке весов Е. Чашка Е подвешена к концу канала С при помощи тонкой проволоки, огибающей подвижный блок D.

Рис. 2 [5]

Основной вопрос, подлежащий здесь разрешению путем опыта, состоял в том, что появится или не появится сила Р, действующая на концы канала АВС, при работе пропеллера и движении потока воздуха вдоль по каналу? Ибо по обычному суждению, опирающемуся на неправильное применение уравнения Д.Бернулли, величина давления в концах канала A и С, где скорость входа и выхода потока одинакова и равна v, должна быть также одинакова и равна

и (а)

где p_о — давление в окружающей прибор жидкости. Из выражений же (а) следует, что Н_а=Н_с, почему и сила Р=0.

Из подобного суждения следует, что работа пропеллера, движущая поток воздуха по каналу, исчезает бесследно и не передает этому потоку никакой добавочной энергии. Иными словами, подобное суждение допускает отмену закона сохранения энергии и возможность превращения ее в ничто. Наоборот, не допуская возможности бесследного исчезновения энергии, передаваемой жидкости работой пропеллера, мы должны будем величины давлений в концах канала Н_а и Н_с принимать равными (так как жидкость у этого конца канала всасывается им внутрь, что возможно только при понижении давления в нем по сравнению с давлением в окружающей жидкой среде) и , т. е. больше наружного давления на скоростной напор, так как в противном случае жидкость не может вытекать из конца С. Но тогда разность давлений

окажется равной не нулю, а двойному скоростному напору, или r n ². Поэтому и искомая нами сила Р, действующая на концы канала АВС, будет также равна не нулю, а

(5)

т.е. секундному количеству движения потока жидкости, протекающего по каналу.

Непосредственный опыт, произведенный с описанным выше прибором, по словам проф. А.Я.Миловича, вполне подтвердил все теоретические положения [5].

Основы инерционных представлений вихреобразования и динамического взаимодействия проф. А.Я.Миловича, отвергнутые современной наукой, показывают, что:

- приток дополнительной энергии в среду или из среды при наличии системы источников или конечных разомкнутых вихрей, диполя явление реальное и полностью легитимное;

- господствовавшие ранее и распространенные сейчас представления гидромеханики и базирующихся на ней дисциплин, основаны на ошибочной интерпретации фактов, что является лженаучным;

- беспристрастный анализ и пересмотр теоретических представлений механики жидкости позволит науке выйти из кризиса.

3. Инерция тела

Если мы попытаемся всю непосредственно воспринимаемую природу разложить на ее составные элементы, то мы замечаем в ней два самых общих, взаимно присущих друг другу свойства: во-первых, материя, а, во-вторых, движение.

В основе классической физики лежит закон сохранения материи – энергии. – Материя – энергия не может неожиданно беспричинно появиться из ничего или бесследно исчезнуть. Но стремление к упрощению и унификации в науке привело к тому, что вопрос о природном механизме обеспечения единого закона сохранения остался нерешенным. По этой же причине остался нераскрытым природный механизм постоянного движения материи. Дальше заявления о том, что «материя находится в постоянном движении» наука не продвинулась, воспринимая его как аксиому и не пытаясь понять природу постоянного движении материи.

Аристотель и его последователи рассматривали силу как причину движения. Они считали, что с прекращением действия силы прекращается и движение тела. Сила необходима для поддержания движения.

Ньютон, понимая, что ответить на главный философский вопрос о механизме вечного кругооборота, преобразования и движения материи сразу будет не под силу, для начала ограничился только внешними проявлениями движения и взаимодействия материи. Ньютон заключил внутреннюю природу движения материи в «черный ящик» под названием – «врожденная сила материи», назвав все процессы внутри «ящика» - инерцией, характеристикой массы или материи ограниченной телом. Причины внешнего проявления влияния на движение тел Ньютон обобщил в виде «приложенных сил», которые и стали главенствующими в классической механике.

Согласно первому закону Ньютона тело, неподверженное внешним воздействиям, либо находится в покое, либо движется прямолинейно и равномерно. Такое тело называется свободным, а его движение – свободным движением или движением по инерции [9]. Причину свободного движения Ньютон видел в присущей материи врожденной силе, которая обеспечивает состояние покоя или равномерного прямолинейного движения тела, не раскрывая природы этой силы.

Последователи Ньютона совсем выбросили из рассмотрения силы необходимые для поддержания свободного движения, интерпретируя первый закон Ньютона так, что для поддержания покоя и равномерного движения никаких сил не требуется. Силу стали рассматривать только как причину изменения количества движения тела. А так как это изменение вызывается другими телами, то было принято следующее определение силы. - Сила есть мера интенсивности взаимодействия тел, проявляющаяся в изменении их количества движения. Т.е. в основе механики остались только «приложенные силы». При таком подходе, когда сил свободного движения в природе нет, делается заключение, что «свободных тел, строго говоря, не существует. Они являются физическими абстракциями» [9].

Затем классическая механика окончательно избавляется от сил свободного движения, постулируя, что существует система отсчета, в которой все свободные тела двигаются прямолинейно и равномерно. Такая система называется инерциальной системой отсчета. В этой интерпретации содержание закона инерции полностью выхолащивается и сводится к утверждению, что существует не реальная сила свободного движения материи, а, по крайней мере, одна инерциальная система отсчета, т.е. ее физико-математическая абстракция.

Такой оторванный от действительности подход привел к тому, что впоследствии, для устранения противоречий, пришлось пожертвовать реальностью промежуточной среды и отказаться от «взаимодействия прикосновением», - от контакта при передаче воздействия на расстоянии.

При главенстве приложенных сил в физике рассматривают в основном взаимодействия, в результате которых изменяется положение центра масс, т.е. случаи, когда происходит его перемещение под действием импульса силы.

Но не менее интересен случай, когда центр массы тела неподвижен, и процесс относится к 1-му закону инерции Ньютона.

Различают два случая равновесия или покоя жидкости: абсолютное и относительное.

Условие покоя или равновесия жидкости описывается уравнением равновесия , которое носит название основного уравнения гидростатики.

С его помощью решаются все вопросы, относящиеся к области исследования равновесия жидкости находящейся под действием только силы тяжести.

Механическое истолкование основного уравнения равновесия в гидростатике показывает, что приращение давления при переходе частицы жидкости из одной точки пространства в какую либо другую возможно только при затрате на это определенной работы внешних сил. Последняя работа может быть как положительной, так и отрицательной, т.е. могут работать внешние силы или сама жидкость отдавать работу. Жидкость оказывается, таким образом, работоспособной, обладающей определенным запасом энергии [10].

Но не всякая система внешних сил способна удерживать жидкость в равновесии. При равенстве температуры во всех точках жидкости удерживать ее в равновесии могут только силы, имеющие потенциал. Т.е. для поддержания состояния покоя требуется присутствие консервативного силового поля.

Эти положения легли в основу законов термодинамики.

Если жидкость находится в сосуде, который движется в пространстве, то на ее частицы кроме ускорения силы тяжести будет действовать также ускорение движения частиц жидкости совместно с сосудом. Под влиянием всех этих сил жидкость, относительно движущегося сосуда примет некоторую форму равновесия, отличную от ее формы при сосуде неподвижном. Такой вид равновесия жидкости называется относительным равновесием.

Проф. А.Я.Милович придавал системам в состоянии относительного равновесия особенное значение:

«Движение частицы жидкости, как всякого материального тела, возможно всегда разложить на два основные типа:

а) движение, сопровождающееся перемещением центра тяжести частицы в пространстве;

b) вращение частицы как твердого тела вокруг своего центра тяжести, остающегося неподвижным в пространстве (вихревое движение).

Современная техника умеет оперировать и утилизировать энергию только движения жидкости первого типа (а).

Энергия второго типа движения жидкости (b), или энергия вихревого движения является энергией, сполна теряемой.

Последнее показывает всю важность для инженеров изучения этого типа движений и влияния их на форму движения всей ее массы [6]».

Т.е. к незамкунутым вихрям наука относится только как к структурам рассеивающим энергию, а дополнительную энергию замкнутых вихрей или потоков передать во внешнюю среду, не размыкая вихря, считается проблематичным, поскольку общепризнано, что на замкнутом пути работа сил консервативного поля равна нулю. Работа полей полностью компенсируется, и выигрыша в энергии не будет.

Так ли безысходно положение с использованием энергии вихревого движения на самом деле?

4. Физика относительного равновесия

Рис. 3

Рассмотрим случай равновесия массы жидкости равномерно вращающейся вокруг вертикальной оси. Пусть цилиндрический сосуд («ведерко Ньютона») (рис.1a) с находящейся в нем тяжелой жидкостью плотностью ρ, равномерно вращается с постоянной угловой скоростью ω, вокруг неподвижной вертикальной, направленной вверх оси 0Z. В этом случае частицы жидкости вращаются вокруг оси с одной и той же угловой скоростью. Их окружные скорости пропорциональны расстоянию до оси.

Чтобы масса жидкости при этих условиях могла оставаться в равновесии необходимо, чтобы ускорение центробежной силы, стремящееся удалить частицы жидкости от оси вращения, нейтрализовалось равными им по величине давлениями, приводящими, в конце концов, к распределению давления по параболоиду вращения вокруг оси 0Z [10].

При вращении вокруг оси проходящей через центр массы, тело находится в условии относительного равновесия, независимо от того изменяется скорость вращения или нет. Такое тело называется свободным, а его движение – свободным движением или движением по инерции.

Если тело вращается вокруг оси проходящей через центр массы, то на любой линии проходящей через ось вращения имеется пара сил, - две равные по модулю, параллельные, противоположно направленные силы – количества движения, импульсы тангенциальной скорости частиц жидкости. Равнодействующей пара сил не имеет. Т.е. на центр массы вращающегося тела не действует никакая сила, а значит, поэтому он должен оставаться в покое, быть неподвижным. Так как равнодействующей силы у тела – нет, перемещение центра массы – отсутствует, следовательно, работа равна нулю, кинетическая энергия частиц тела не расходуется. – Процесс вращения тела вокруг оси проходящей через центр массы является нерабочим. Вращающееся таким способом тело не может ни противодействовать внешним импульсам подводимой к нему кинетической энергии, ни расходовать ее, а может только увеличивать кинетическую энергию вращения своих частиц на величину энергии внешнего воздействия (силой трения на оси пренебрегаем). - Это процесс трансформации неуравновешенной приложенной силы в кинетическую энергию материи тела. Импульс силы, не испытывающий препятствия своему движению, идет на увеличение живой или врожденной силы материи, т.е. инерции тела. Свойство таких систем накапливать энергию вращения используется в маховиках.

В то же время потенциал флюида на свободной поверхности в виде параболоида вращения является суммой работы по преодолению гравитации и центробежной силы при переносе массы в ходе процесса вращения. Как мы отметили процесс нерабочий, значит, работа должна равняться нулю. Как это может происходить в условиях постоянного притока энергии?

Под действием центробежных сил инерции частицы жидкости двигаются в сторону стенки, удаляясь от оси вращения. На стенке (рис.3) происходит подпор, повышение первоначального уровня жидкости H_o и давления в сосуде на величину . Под его влиянием в жидкости в этом месте возникают сжимающие напряжения. – Положительная работа.

Наоборот, двигаясь по инерции частицы жидкости, удаляясь от оси вращения, понижают возле нее давление и свою свободную поверхность, а внешнее давление атмосферы Po стремится его повысить. В результате чего уровень на оси понижается относительно первоначального H_o уровня жидкости на , вблизи оси вращения возникают растягивающие напряжения. – Отрицательная работа. На рис.1b изображена схема изменения давления в жидкости во вращающемся сосуде.

Эти виды давления используется в классической термодинамике и гидростатике в качестве основного параметра равновесной системы.

На участке от стенки до оси присутствует стоячая волна.

Подобная картина распределения давления будет иметь место и в случае вращения жидкости в закрытом сверху крышкой цилиндрическом сосуде или отдельных радиальных трубках, доверху заполненных жидкостью. Только давление уравновешивается не атмосферным давлением, а стенками сосуда и будет сопровождаться, не изменением уровня, а проявляться в виде напряжений в жидкости.

5. Самоподдерживающаяся гидравлическая турбина

Выявленные распределения напряжений при вращении тела вокруг оси проходящей через центр массы содействуют разрыву маховика и являются для него вредными. А можно ли использовать все эти факты с пользой?

Можно, - на основе реализации диполя как носителя силы.

В классической термодинамике рассматриваются только равновесные системы, все части которых имеют одинаковые значения термодинамических параметров. Вращение тела вокруг оси проходящей через центр массы относится к неравновесной изохорной системе с постоянным объемом жидкости, в которой под действием центробежной силы в поле силы тяжести происходит перераспределение этого объема в пространстве, сопровождающееся перераспределением давления. – В результате в системе присутствуют две, выявленные ранее, области с противоположными значениями изменения давления. – Вблизи стенки сосуда - повышенное, избыточное давление, можно считать, что здесь действует горячий источник, поскольку повышение давления сопровождается нагревом. И, наоборот, на оси вращения под действием центробежных сил поддерживается пониженное давление – разряжение, всасывание, тут действует холодный источник и происходит охлаждение. На участке от оси к стенке сосуда действуют два связанные между собой, последовательно расположенные источника, противоположного знака – концы конечного разомкнутого вихря (диполя). – Это - тепловой двигатель на «холостом ходу», для его запуска нужно только организовать обратную циркуляцию от горячего источника к холодному. С подобными температурными расслоениями при вихревой циркуляции газа и жидкости в 20-е годы прошлого века столкнулся Ж.Ранк [11] и Виктор Шаубергер (1885-1958) [12], а позже Р.Хильш, Ю.С.Потапов [11] и др.

Изменение температуры в системе под влиянием изменения давления обусловлено соответствующими фазовыми превращениями (конденсация, испарение) в жидкости.

Любая материальная структура имеет вокруг своего плотного ядра менее плотный слой атмосферы из слагающего ядро вещества [2]. Примером может служить слой насыщающего пара над жидкостью. Но как любая атмосфера проникает в более плотные пористые, кристаллические и пр. структуры (тела), к которым относится и жидкость, пар также находится внутри жидкости, а не только над ее поверхностью. Этому способствует внутренняя структура жидкости. Пустоты (поры) в структуре жидкости заполнены ее паром, молекулы которого связаны с молекулами жидкости. Этот процесс физической адсорбции подобен процессу конденсации и теплота физической адсорбции по величине подобна теплоте конденсации. Теплота физической адсорбции приблизительно в десять раз меньше теплоты хемосорбции.

Плотность и давление насыщающего пара при неизменной температуре являются постоянными величинами, у разных жидкостей разными. Пар стремится всегда поддерживать постоянное давление, а это значит и постоянную плотность пара. Если под воздействием внешних факторов (унос или принос частиц пара, например, ветром) происходит изменение плотности пара, то это приводит к изменению его давления [13]. На что реагирует жидкость, с которой связан пар – она стремится восстановить плотность пара, обеспечить постоянство его давления. Так понижение давления приводит к испарению пара, сопровождающемуся поглощением тепла - охлаждением, а повышение – к конденсации с выделением тепла (энергии) - нагревом. Это лишний раз подтверждает изречение, что энергия (тепло) – это материя и наоборот. А также справедливость обратного утверждения - любые температурные изменения пара или жидкости приводят к изменению плотности (давления) пара, которые сопровождаются соответствующими фазовыми переходами в жидкости.

Жидкость представляет собой двухкомпонентную двухфазную среду (жидкость+пар) и фазовые переходы в ней есть главный инструмент энергообмена при физических процессах.

Смысл Второго закона термодинамики заключается в том, что от горячего тела к холодному тепло двигается самостоятельно (в механической системе - в поле силы тяжести тело падает вниз) без приложения дополнительной энергии. Тепловые двигатели работают за счет такого свободного перехода тепла от горячего тела к холодному. А от холодного тела к горячему тепло само не пойдет, для его переноса необходимо затратить энергию (как для поднятия тела вверх). Обычно, для преодоления сопротивления между источниками в этом направлении, используется силовое устройство (насос), которое нуждается в подводе дополнительной энергии.

Центробежная сила инерции при вращении тела вокруг оси является той силой, которая обеспечивает как создание двух, связанных между собой, источников противоположного знака теплового двигателя, так и движение жидкости от холодного источника к горячему, как этого требует Второй закон термодинамики. Потребность в дополнительном силовом устройстве отпадает. - Система, которая находится в состоянии относительного равновесия, является нерабочей, внутри себя сама поддерживает условия для работы теплового двигателя, не расходуя подводимую энергию, такая система является самоподдерживающейся или автоколебательной.

Остается только снять с «холостого хода» наш тепловой двигатель.

Рис. 4 Рис. 5

Для запуска теплового двигателя – обеспечения движения от горячего источника к холодному (рис.4) - в боковой стенке закрытого (крышкой (5)) сосуда (1) с жидкостью, вблизи дна симметрично оси сделаем попарно расположенные отверстия, к которым присоединим изогнутые трубки с соплами (2) направленными в сторону противоположную направлению вращения. К отверстию на дне сосуда, расположенному на оси соосно ей присоединим трубку (3). Поместим такой вращающийся сосуд в емкость с жидкостью (4), так, чтобы трубка (3) была заглублена в жидкость. Жидкость из нижнего сосуда будет всасываться во вращающийся сосуд через отверстие в трубке (3) на оси и такое же количество будет выбрасываться в отверстия в стенке через изогнутые трубки с соплами (2). Возникнет циркуляция жидкости. При этом масса жидкости вращающейся в верхнем сосуде будет постоянной, жидкость по-прежнему будет находиться в состоянии относительного равновесия. Устройство с подобными свойствами, одновременно всасывающее и выбрасывающее из себя одинаковое количество жидкости, как мы знаем, является диполем.

Примером реализации диполя является обыкновенный сифон – «∩»-образная трубка заполненная водой. В одном колене трубки сифона жидкость всасывается и поднимается вверх, а во втором, если ее уровень в этом колене ниже (давление больше), чем во всасывающем, падая вниз, выбрасывается.

Вместо вращающегося сосуда с жидкостью можно использовать турбину (рис.5) из симметричных оси попарно расположенных трубок (1) сифона. Выбрасывающее колено сифона на конце делается изогнутым (2) в сторону противоположную направлению вращения с соплом или без него. А все всасывающие колена выводятся на оси вращения или соединяются в одну общую соосную оси вращения трубу (3). Действующая между концами сифона разность давления (напора) , вызванная центробежной силой, обеспечивает его работу.

Положительной особенностью таких двигателей является непрерывный цикл работы.

Дополнительная кинетическая энергия циркуляции жидкости утилизируется через силу реакции потока (R _гориз) на изогнутых участках стенок турбины.

Сила реакции, выражающая действие протекающей струи на стенки равна [14]:

где γ – объемный вес;

F – сечение выходного отверстия;

w – горизонтальная скорость истечения из отверстия;

H – давление (напор) жидкости.

Для случая вращения жидкости .

Сила реакции используется для создания дополнительного крутящего момента, содействующего имеющемуся моменту вращения системы. Поддержание положительной обратной связи обеспечивает рост частоты (энергии) вращения жидкости, что в свою очередь увеличивает энергию циркуляции. Получаемый постоянный прирост энергии (момента вращения) можно использовать, снимая с вала на оси, например, на вращение генератора или других рабочих устройств.

Подобным способом Виктор Шаубергер использовал энергию дополнительной циркуляции жидкости в своей имплозионной машине уже в 30-е годы прошлого века для освещения и обогрева жилища [12]. На рис.6[12] изображена ранняя схема имплозионной машины, а на рис.7[12] изображен В.Шаубергер возле последней модификации действующей модели своего домашнего имплозионного генератора в 1955г.

Рис. 6 [12] Рис. 7 [12]

Описанные принципы использования дополнительной энергии циркуляции диполя внутри нерабочего процесса, могут быть применены при создании аналогичных электромагнитных и др. самоподдерживающихся устройств.

Перспективные, интенсивно развивающиеся, многоплановые торовые технологии, использующие устройства с выворачивающимися торовыми оболочками [15-18], - пример удачной технической реализации и использования диполя.

Существует множество природных процессов, в которых проявляется дополнительная энергия циркуляции, – например, процессы поперечной циркуляции на изгибах рек, процессы образования циклонов, смерчей, тайфунов и др.

Заключение

Приток дополнительной энергии в среду или из среды при наличии диполей, системы источников или конечных разомкнутых вихрей явление реальное и полностью легитимное.

Принципиальных трудностей в вопросе малозатратного энергообеспечения не существует. Задача решается за счет энергии дополнительной циркуляции внутри нерабочих процессов во взаимодействующих консервативных полях разной природы.

Развитие и использование самоподдерживающихся, автоколебательных процессов сдерживается господствующими лженаучными представлениями.

Литература

1. Люди советской науки. Александр Яковлевич Милович (К 90-летию со дня рождения), Инженерно-физический журнал, Том YIII, №3, март 1965, стр.406-408.

2. Бердинских В.В. Популярные основы единых физических представлений. Часть 1. Физика глазами гидравлика. - Черкассы, 1999, 72c.

3. Шихирин В.Н. Перспективы развития торовых технологий, эластичной механики и «чудеса», сотворяемые ими в Природе. Статья из сборника материалов 2 - й Международной научно-практической конференции «Торовые технологии», 21 – 24 сентября 2005 года, Иркутский Государственный технический университет, пленарный доклад, стр. 3-41 или http://www.evgars.com/tortechnology.htm

4. Хантер Рауз. Механика жидкости для инженеров-гидротехников. Пер. с англ. Гос.энергетическое изд. М.-Л. 1958. 368с.

5. Милович А.Я. Теория динамического взаимодействия тел и жидкости. 2-е изд., испр. и доп. – Москва, 1955, 311с.

6. Ф.Рейф. «Квантованные вихревые кольца в сверхтекучем гелии (декабрь 1964г.)», стр.77-87. Над чем думают физики. Вып.5. Квантовая макрофизика. М., 1967, 140стр.

7. Милович А.Я. Основы динамики жидкости (гидродинамика). Гос.энергетич. изд-во, М.-Л.,1933, стр.157.

8. Милович А.Я. Основы гидромеханики. Гос.энергетич.изд-во, М.-Л. 1946, стр.152

9. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.1. Механика, М.1974, 520с.

10. Милович А.Я. Курс гидравлики. Часть1. Гидростатика. Московский текстильный институт, 1924

11. Бердинских В.В. Гидродинамические основы физики свободной энергии. Часть 1,2,3. «Аномальные физические явления в энергетике и перспективы создания нетрадиционных источников энергии». Сб. докладов научн.-техн.конф. (15-16 июня 2005г., г. Харьков, Украина). – Харьков: ООО «Инфобанк», 2005, с. 97-121.

12. The Energy Evolution, Vol.4 of the Eco-Technology series Viktor Schauberger, ed. Callum Coats.

13. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С.Ландсберга, том 1. М., 1971, 656с.

14. Гидравлика, курс лекций проф. Миловича А.Я. СХА им.Тимирязева, М. 1926, 33c.

15. Шихирин В.Н. Торовые технологии – основа эластичной механики. Статья из сборника материалов 1-й Международной научно-практической конференции «Торовые технологии», 30 июня – 2 июля 2004 года, Иркутский Государственный технический университет, пленарный доклад, стр. 22-48 или http://www.evgars.com/mechanik.htm

16. Шихирин В.Н. Тороидальный движитель транспортных средств. Статья из сборника материалов 2-й Международной научно-практической конференции «Торовые технологии», 21 - 24 сентября 2006 года, Иркутский Государственный технический университет, стр. 79-100 или http://www.evgars.com/transport.htm

17. Шихирин В.Н. VTORTEX^TM – высшая форма структуризации текучей среды в Природе. Статья из сборника материалов 3-й Международной научно-практической конференции «Торовые технологии», 23 ноября 2006 года, Иркутский Государственный технический университет или http://www.evgars.com/transport.htm

18. Шихирин В.Н. VTortex-Галактика, как структуризатор звездных систем, времени и причина изменения климата на Земле. Статья из сборника материалов 3-й Международной научно-практической конференции «Торовые технологии», 23-24 ноября 2006 года, Иркутский Государственный технический университет. www.evgars.com/climatе.htm

Статьи других авторов

На главную