А. Эйнштейн заложил основы специальной теории относительности (СТО) . Эта теория представляет собой современную физическую теорию пространства и времени, в которой, как и в классической ньютоновской механике, предполагается, что время однородно, а пространство однородно и изотропно. Специальная теория относительности часто называется также релятивистской теорией , а специфические явления, описываемые этой теорией, - релятивистскими эффектами.

В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна , сформулированные им в 1905 г.

I. Принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные внутри данной инерциальной системы отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой.

II. Принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Первый постулат Эйнштейна, являясь обобщением механического принципа относительности Галилея на любые физические процессы, утверждает, таким образом, что физические законы инвариантны по отношению к выбору инерциальной системы отсчета, а уравнения, описывающие эти законы, одинаковы по форме во всех инерциальных системах отсчета. Согласно этому постулату, все инерциальные системы отсчета совершенно равноправны, т. е. явления (механические, электродинамические, оптические и др.) во всех инерциальных системах отсчета протекают одинаково. Согласно второму постулату Эйнштейна, постоянство скорости света - фундаментальное свойство природы, которое констатируется как опытный факт.

Специальная теория относительности потребовала отказа от привычных представлений о пространстве и времени, принятых в классической механике, поскольку они противоречили принципу постоянства скорости света. Потеряло смысл не только абсолютное пространство, но и абсолютное время.

Постулаты Эйнштейна и теория, построенная на их основе, установили новый взгляд на мир и новые пространственно- временные представления, такие, например, как относительность длин и промежутков времени, относительность одновременности событий.

Согласно представлениям классической механики, масса тела есть величина попостоянная. Однако в конце XIX столетия на опытах с быстро движущимися электронами было установлено, что масса тела зависит от скорости его движения, а

именно возрастает с увеличением скорости по закону

где - масса покоя материальной точки, т. е. масса, измеренная в той инерциальной системе отсчета, относительно которой материальная точка находится в покое; с - скорость света в вакууме; - масса точки в системе отсчета, относительно которой она движется со скоростью . Следовательно, масса одной и той же частицы различна в разных инерциальных системах отсчета.

Из принципа относительности Эйнштейна, утверждающего инвариантность всех законов природы при переходе от одной инерциальной (Инвариантность – это неизменность, постоянство; независимость) системы отсчета к другой, следует условие

инвариантности уравнений физических законов относительно преобразований Лоренца.

Основной закон динамики Ньютона: оказывается также инвариантным по отношению к преобразованиям Лоренца, если в нем справа стоит производная по времени от релятивистского импульса.

Основной закон релятивистской динамики материальной точки имеет вид

(2), или (3), где (4) - релятивистский импульс материальной точки.

В силу однородности пространства в релятивистской механике выполняется закон сохранения релятивистского импульса : релятивистский импульс замкнутой системы сохраняется, т. е. не изменяется с течением времени. Часто вообще не оговаривают, что рассматривают релятивистский импульс, так как если тела движутся со скоростями, близкими к , то можно использовать только релятивистское выражение для импульса.

Анализ формул (1), (4) и (2) показывает, что при скоростях, значительно меньших скорости света, уравнение (2) переходит в основной закон классической механики (). Следовательно, условием применимости законов классической (ньютоновской) механики является условие . Законы классической механики получаются как следствие теории относительности для предельного случая (формально переход осуществляется при ). Таким образом, классическая механика - это механика макротел, движущихся с малыми скоростями (по сравнению со скоростью света в вакууме).

Найдем кинетическую энергию релятивистской частицы (материальной точки).

Приращение кинетической энергии материальной точки на элементарном перемещении

равно работе силы на этом перемещении: или . (5)

Учитывая, что , и подставив в (5) выражение (2), получаем: .

Преобразовав данное выражение с учетом того, что , и формулы (1), приведем к выражению (6),

т. е. приращение кинетической энергии частицы пропорционально приращению ее массы.

Так как кинетическая энергия покоящейся частицы равна нулю, а ее масса равна массе покоя , то, проинтегрировав (6), получим (7), или кинетическая энергия релятивистской частицы имеет вид (8).

Выражение (8) при скоростях переходит в классическое: (разлагая в ряд при , правомерно пренебречь членами второго порядка малости).

А. Эйнштейн обобщил положение (6), предположив, что оно справедливо не только для кинетической энергии частицы (материальной точки), но и для полной энергии, а именно любое изменение массы сопровождается изменением полной энергии частицы (материальной точки): (9).

Отсюда А. Эйнштейн пришел к универсальной зависимости между полной энергией тела и его массой : (10).

Уравнение (10), равно как и (9), выражает фундаментальный закон природы - закон взаимосвязи (пропорциональности) массы и энергии : полная энергия системы равна произведению ее массы на квадрат скорости света в вакууме. Отметим, что в полную энергию Е не входит потенциальная энергия тела во внешнем силовом поле.

Закон (10) можно, учитывая выражение (7), записать в виде , откуда следует, что покоящееся тело (Т = 0) также обладает энергией , называемой энергией покоя. Классическая механика энергию покоя не учитывает, считая, что при энергия покоящегося тела равна нулю.

В силу однородности времени в релятивистской механике, как и в классической, выполняется закон сохранения энергии : полная энергия замкнутой системы сохраняется, т. е. не изменяется с течением времени.

Из формул (10) и (4) найдем релятивистское соотношение между полной энергией и импульсом частицы: , .

Возвращаясь к уравнению (10), отметим еще раз, что оно имеет универсальный характер. Оно применимо ко всем формам энергии, т. е. можно утверждать, что с энергией, какой бы формы она ни была, связана масса и, наоборот, со всякой массой связана

определенная энергия (10).

Чтобы охарактеризовать прочность связи и устойчивость системы каких-либо частиц (например, атомного ядра как системы из протонов и нейтронов), рассматривают энергию связи. Энергия связи системы равна работе, которую необходимо затратить, чтобы разложить эту систему на составные части (например, атомное ядро - на протоны и нейтроны). Энергия связи системы , где - масса покоя - ой частицы в свободном состоянии; - масса покоя системы, состоящей из частиц.

Закон взаимосвязи (пропорциональности) массы и энергии блестяще подтвержден экспериментом о выделении энергии при протекании ядерных реакций. Он широко используется для расчета энергетических эффектов при ядерных реакциях и превращениях элементарных частиц.

Электрический диполь. Действие электрического поля на диполь. Электрическое поле в диэлектриках. Полярные и неполярные молекулы. Поляризация диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость.

(1) - принцип суперпозиции (наложения) электрических полей , согласно которому напряженность Е результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

Принцип суперпозиции применим для расчета электростатического поля электрического диполя. Электрический диполь - система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов (+ Q , - Q ), расстояние между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля. Вектор, направленный по оси диполя прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между ними, называется плечом диполя . Вектор (2) совпадающий по направлению с плечом диполя и равный произведению заряда на плечо , называется электрическим моментом диполя или дипольным моментом (рис.).

Согласно принципу суперпозиции (1), напряженность Е поля диполя в произвольной точке , где и - напряженности полей, создаваемых соответственно положительным и отрицательным зарядами.

Диэлектрик (как и всякое вещество) состоит из атомов и молекул. Так как положительный заряд всех ядер молекулы равен суммарному заряду электронов, то молекула в целом электрически нейтральна. Если заменить положительные заряды ядер молекул суммарным зарядом +Q , находящемся в центре «тяжести» положительных зарядов, а заряд всех электронов - суммарным отрицательным зарядом - Q , находящемся в центре

«тяжести» отрицательных зарядов, то молекулу можно рассматривать как

электрический диполь с электрическим моментом, определенным формулой (2).

Первую группу, диэлектриков (N 2 , Н 2 ,О 2 , СО 2 , СН 4 , ..) составляют вещества, молекулы которых имеют симметричное строение, т. е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов в отсутствие внешнего электрического поля совпадают и, следовательно, дипольный момент молекулы р равен нулю. Молекулы неполярными . Под действием внешнего электрического поля заряды неполярных молекул смещаются в противоположные стороны (положительные по полю, отрицательные против поля) и молекула приобретает дипольный момент.

Вторую группу диэлектриков (Н 2 О,NH 3 , SO 2 , CO, ...) составляют вещества, молекулы которых имеют асимметричное строение, т. е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Таким образом, эти молекулы в отсутствие внешнего электрического поля обладают дипольным моментом. Молекулы таких диэлектриков называются полярными . При отсутствии внешнего поля, однако, дипольные моменты полярных молекул вследствие теплового движения ориентированы в пространстве хаотично и их результирующий момент равен нулю. Если такой диэлектрик поместить во внешнее поле, то силы этого поля будут стремиться повернуть диполи вдоль поля и возникает отличный от нуля результирующий момент.

Третью группу диэлектриков (NaCl, КСl, КВг,...) составляют вещества, молекулы которых имеют ионное строение. Ионные кристаллы представляют собой

пространственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков. В этих

кристаллах нельзя выделить отдельные молекулы, а рассматривать их можно как

систему двух вдвинутых одна в другую ионных подрешеток. При наложении на

ионный кристалл электрического поля происходит некоторая деформация кристаллической решетки или относительное смещение подрешеток, приводящее к возникновению дипольных моментов.

Таким образом, внесение всех трех групп диэлектриков во внешнее электрическое поле приводит к возникновению отличного от нуля результирующего электрического момента диэлектрика, или, иными словами, к поляризации диэлектрика. Поляризацией диэлектрика называется процесс ориентации диполей или появления под воздействием электрического поля ориентированных по полю диполей.

Соответственно трем группам диэлектриков различают три вида поляризации:

электронная , или деформационная, поляризация диэлектрика с неполярными

молекулами, заключающаяся в возникновении у атомов индуцированного дипольного момента за счет деформации электронных орбит;

ориентационная , или димольная, поляризация диэлектрика с полярными молекулами, заключающаяся в ориентации имеющихся дипольных моментов молекул по полю. Естественно, что тепловое движение препятствует полной ориентации молекул, но в результате совместного действия обоих факторов (электрическое поле и тепловое движение) возникает преимущественная ориентация дипольных моментов молекул по полю. Эта ориентация тем сильнее, чем больше напряженность электрического поля и ниже температура;

ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими решетками, заключающаяся в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных - против поля, приводящем к возникновению дипольных моментов.

При помещении диэлектрика во внешнее электростатическое поле он поляризуется,

т. е. приобретает отличный от нуля дипольный момент , где - дипольный момент одной молекулы. Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются векторной величиной - поляризованностью , определяемой как дипольный момент единицы объема диэлектрика: . (2)

Из опыта следует, что для большого класса диэлектриков поляризованность Р линейно зависит от напряженности поля Е . Если диэлектрик изотропный и Е не слишком велико, то (3), где -диэлектрическая восприимчивость вещества, характеризующая свойства диэлектрика; - величина безразмерная; притом всегда >0 и для большинства диэлектриков (твердых и жидких) составляет несколько единиц (хотя, например, для спирта , для воды = 80).

А под массой понимают два различных свойства физического объекта:

  • Гравитационная масса показывает, с какой силой тело взаимодействует с внешними гравитационными полями (пассивная гравитационная масса) и какое гравитационное поле создаёт само это тело (активная гравитационная масса) - эта масса фигурирует в законе всемирного тяготения .
  • Инертная масса, которая характеризует меру инертности тел и фигурирует во втором законе Ньютона . Если произвольная сила в инерциальной системе отсчёта одинаково ускоряет разные тела, этим телам приписывают одинаковую инертную массу.

Теоретически, гравитационная и инертная масса равны, поэтому в большинстве случаев просто говорят о массе, не уточняя какую из них имеют в виду.

Масса тела не зависит от того, какие внешние силы и в какой момент на это тело действуют.

Исследование единства понятия массы

На равенство инертной и гравитационной масс обратил внимание ещё Ньютон , он же впервые доказал, что они отличаются не более чем на 0,1 % (иначе говоря, равны с точностью до 10 −3).. На сегодняшний день это равенство экспериментально проверено с очень высокой степенью точности (3×10 −13).

Фактически, равенство гравитационной и инертной масс было сформулировано А. Эйнштейном в виде слабого принципа эквивалентности - составной части принципов эквивалентности, положенных в основу общей теории относительности . Существует также сильный принцип эквивалентности - по которому в свободно падающей системе локально выполняется специальная теория относительности . Он на сегодняшний день проверен со значительно меньшей точностью.

В классической механике - масса есть величина аддитивная (масса системы равна сумме масс составляющих её тел) и инвариантная относительно смены системы отсчёта. В релятивистской механике масса неаддитивная величина, но тоже инвариантная, и хотя здесь под массой понимается абсолютная величина 4-вектора энергии-импульса, лоренц-инвариантная .

Определение массы

,

где E - полная энергия свободного тела, p - его импульс , c - скорость света .

Определённая выше масса является релятивистским инвариантом, то есть она одна и та же во всех системах отсчёта . Если перейти в систему отсчёта, где тело покоится, то - масса определяется энергией покоя.

Следует однако отметить, что частицы с нулевой инвариантной массой (фотон , гравитон …) двигаются в вакууме со скоростью света (c ≈ 300000 км/сек) и поэтому не обладают системой отсчёта, в которой бы покоились.

Масса составных и нестабильных систем

Инвариантная масса элементарной частицы постоянна, и одинакова у всех частиц данного типа и их античастиц . Однако, масса массивных тел, составленных из нескольких элементарных частиц (например, ядра или атома) может зависеть от их внутреннего состояния .

Для системы, подверженной распаду (например, радиоактивному), величина энергии покоя определена лишь с точностью до постоянной Планка , делённой на время жизни : . При описании такой системы при помощи квантовой механики удобно считать массу комплексной , с мнимой частью равной означенному Δm.

Единицы массы

Измерение массы

Исторический очерк

Понятие массы было введено в физику Ньютоном , до этого естествоиспытатели оперировали с понятием веса . В труде «Математические начала натуральной философии » Ньютон сначала определил «количество материи» в физическом теле как произведение его плотности на объём . Далее он указал, что в том же смысле будет использовать термин масса . Наконец, Ньютон вводит массу в законы физики: сначала во второй закон Ньютона (через количество движения), а затем - в закон тяготения , откуда сразу следует, что масса пропорциональна весу .

Фактически Ньютон использует только два понимания массы: как меры инерции и источника тяготения. Толкование её как меры «количества материи» - не более чем наглядная иллюстрация, и оно подверглось критике ещё в XIX веке как нефизическое и бессодержательное.

Долгое время одним из главных законов природы считался закон сохранения массы . Однако в XX веке выяснилось, что этот закон является ограниченным вариантом закона сохранения энергии , и во многих ситуациях не соблюдается.

Примечания

Литература

  • Окунь Л. Б. О письме Р. И. Храпко «Что есть масса?». Успехи физических наук, № 170, с.1366 (2000)
  • Спасский Б. И. . История физики. М., «Высшая школа», 1977.
  • Макс Джеммер . Понятие массы в классической и современной физике. - М.: Прогресс, 1967.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Энергия взаимодействия
  • Энергия вакуума

Смотреть что такое "Энергия покоя" в других словарях:

    ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ Современная энциклопедия

    ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ - частицы (тела), энергия ч цы в системе отсчёта, в к рой она покоится: ?0=m0c2, где m0 масса покоя ч цы. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия

    Энергия покоя - тела, энергия E0 свободного тела в системе отсчета, в которой тело покоится: E0=m0c2, где m0 масса покоя, c скорость света в вакууме. В энергию покоя входят все виды энергии, кроме кинетической энергии движения тела как целого и потенциальной… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

    энергия покоя - внутренняя энергия собственная энергия — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы внутренняя… … Справочник технического переводчика

    ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ - частицы (тела) энергия частицы в системе отсчета, в которой частица покоится: Е0 = m0с2, где m0 масса покоя частицы, с скорость света в вакууме … Большой Энциклопедический словарь

    энергия покоя - частицы, энергия частицы в системе отсчёта, в которой частица покоится: Е0 = m0c2, где m0 масса покоя частицы, с скорость света в вакууме. * * * ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ частицы (тела), энергия частицы в системе отсчета, в которой частица… … Энциклопедический словарь

    энергия покоя - rimties energija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. rest energy vok. Ruheenergie, f; Ruhenergie, f rus. энергия покоя, f pranc. énergie au repos, f; énergie en repos, f … Fizikos terminų žodynas

    Энергия покоя - (см. Энергия) энергия, которой обладает какой либо объект в системе отсчета, относительно которой он покоится. Понятие важно в специальной (частной) теории относительности, особенно для фотонов, не имеющих массы покоя … Начала современного естествознания

Для понимания дальнейшего в теории движения и вихревой энергетике нэп понадобится одна очень важная формула. А именно - знаменитая формуя Эйнштейна, связывающая массу с энергией Е = mС2(c квадрат). До Эйнштейна в классическо! механике полагали, что кинетическая энергия движения тела в пространств) определяется формулой

в которой m0 - масса покоя тела, движущегося со скоростью V. Изучая фотоэффект и давление света, экспериментально открытое П. Лебедевым, А. Эйнштейн пришел к выводу, что безмассовые фотоны света несут с собой не только энергию определяемую формулой Планка но и импульс Р = Е/С. Ну а поскольку
импульс Р - это произведение массы тела на его скорость, а скорость фотонов свет: С, то в данном случае Р = mС. Отсюда следовало для фотонов:

То есть безмассовые фотоны при движении как бы приобретали эффективную массу тем большую, чем больше энергия фотона. Эйнштейн выдвину, предположение, что эта формула справедлива не только для фотонов, но и для любы тел. При этом масса т в данной формуле - это полная (релятивистская) масс движущегося тела, определяемая выражением (2.3). Из него следует, что покоящемуся в пространстве телу (имеющему массу покоя m0) соответствует энергия

Эйнштейн назвал ее "энергией покоя" тела, или "внутренней энергией" тела Почему внутренней? - Потому что в начале XX века люди представляли себе элементарные частицы вещества чем-то вроде сильно сжатых пружин, удерживаемых о распрямления какими-то огромными силами неизвестной природы. Энергию эти сжатых "пружин" (или прижатых друг к другу отталкивающихся электрических зарядов - составных элементов частицы) и назвали внутренней энергией вещества.
Расчеты по формуле (2.15) показывали, что в каждом грамме любого веществ содержится столько внутренней энергии, что если бы ее высвободить и превратить электроэнергию, то хватило бы на год отоплять и освещать целый город. Но в начал XX века никто не знал, как высвободить эту энергию. Лишь последующее развитии ядерной физики, физики элементарных частиц и ядерной энергетики с высоко точностью подтвердило догадку Эйнштейна и правильность формулы (2.15).
Но никто до сих пор не мог объяснить, что это за "энергия покоя" и откуда он берется. Да и строгого вывода формулы (2.15) не существовало. Сам Эйнштейн при ее выводе в использовал методы приближенного исчисления, дающие заведомо не очень точные результаты. А последователи гения, угадавшего эту формулу, по примеру В. Паули пытались найти точный вывод ее с помощью интегрального исчисления. В некоторых справочниках (например, в ) до сих пор фигурирую этот "вывод":

За математической безукоризненностью этих формул составители справочников проглядели один физический "прокол". А именно, под знаком интеграла мы видим выражение . Дифференциалы в нем означают пределы бесконечно малых величин ∆Р и ∆l при ∆ t, стремящемся к нулю. Но соотношение неопределенностей квантовой механики, открытое В. Гейзенбергом пять лет спустя после публик В Паули вышеприведенного "вывода" формулы Эйнштейна, гласит, что произвел не может быть меньше величины постоянной Планка h. Значит, в (2.16] знаком интеграла . И при это выражение стремится к бесконечности вместо ожидаемой бесконечно малой величины С2(c квадрат)dm. Так квант механика зачеркнула труд разработчиков теории относительности, пользовавшихся классической механикой с ее бесконечно малыми величинами. Остается то удивляться составителям современных справочников.
Но ценность формулы Эйнштейна от этого не уменьшается, она блестяще подтверждается работой атомных электростанций, в которых высвобождает используется часть энергии покоя урана.
Современный французский критик теории относительности Л. Бриллюэн отмечал, что формулу Эйнштейна "невозможно вывести ни из о, существующей в настоящее время теории или модели", как и формулу М. Планка . Он писал, что эти угаданные двумя гениями формулы - "не результат исходный пункт нашего мышления", что смысл "троицы", энергия = масса = час составляющей итог всех законов физики, все еще находится в глубокой тайне".
В книге указан еще один возможный ответ на вопрос о том, что такое энергия покоя тела. Из закона всемирного тяготения Ньютона вытекает, что всякое тело со; вокруг себя гравитационное поле (поле тяготения), каждая точка которого характеризуется потенциалом

(2.17)

Здесь С- постоянная тяготения, т - масса тела, г- расстояние от центра м; тела до рассматриваемой точки. Гравитационный потенциал показывает, какой энергией гравитационного взаимодействия с данным телом будет обладать в данной точке поля другое тело, имеющее массу m1.
Энергтя гравитационного взаимодействия

(2.18)

обусловлена силами притяжения тел друг к другу. Это энергия связи тел, и ее при тать отрицательной. Например, энергия гравитационной связи с Землей яблока, лежащего на ее поверхности и имеющего массу кг, составляет -6-106(десять в шестой степени). Чтобы поднять яблоко и забросить его в дальний космос, где притяжение Земли уже изчезающе мало, надо совершить положительную работу 6-106(десять в шестой степени) Дж. Сумма этой положительной энергии и найденной выше отрицательной энергии связи и даст почти нулевую энергию связи яблока с Землей в дальнем космосе.
В этом примере мы учли притяжение яблока только к Земле. Но на него действ еще и поля тяготения от Луны, Солнца и других бесчисленных тел Вселенной Попробуем вычислить суммарный гравитационный потенциал, создаваемый всеми ими, а затем и суммарную энергию гравитационной связи нашего яблока со всеми телами Вселенной. На первый взгляд эта задача может показаться немыслимой, ибо Вселенная безгранична, а расстояния до небесных тел так велики...
Но по современным представлениям Вселенная имеет конечный объем. определяется радиусом кривизны ее пространства (или, для краткости, про радиусом Вселенной) . В этом объеме довольно равномерно распределены галактики, составляющие массу Вселенной г. Величины хоть и не очень точно, но уже вычислены астрофизиками по результатам многочисленных наблюдений. А согласно космологическому принципу Эйнштейна все точки Вселенной равноценны. Поэтому любую из них можно рассматривать находящуюся на расстоянии R0 от "центра массы" Вселенной. Тогда гравитационный потенциал, создаваемый всей массой Вселенной в точке, где находится наше яблоко (как и в любой другой точке), будет как на поверхности шара с радиусом и массой Вселенной и составит величину



(2.19)

Подставив сюда числовые значения, увидим, что 0 приблизительно равен квадрату скорости света -С2(с квадрат), но со знаком минус. (Гравитационный потенциал имеет размерность квадрата скорости.)
Вычислим теперь энергию гравитационной связи тела со всеми остальные телами Вселенной как произведение массы этого тела на гравитационный потенциал Вселенной:

Итак, мы неожиданно получили формулу, очень похожую на знаменитую формулу Эйнштейна для энергии покоя тела! Но формула (2.20) определяет потенциальную энергию тела в гравитационном поле Вселенной. Так это и есть "энергия покоя" тела?
Видим, что с этой точки зрения величина -С2(с квадрат) в формуле Эйнштейна - это просто квадрат скорости света, а гравитационный потенциал Вселенной.
Приблизительное, а не строгое равенство мы получили потому, что не очень то знаем величины . Но строгое равенство не доказано ни в одном известном выводе формулы Эйнштейна. Не исключено, что за неточностью этого равенства кроется будущая фундаментальная теория, развивающая далее теорию относительности. Ведь и казавшаяся в прошлом столь точной механика Ньютона тоже, как оказалось, давала только приблизительные значения вычисляемых величин. За этой неточностью скрывалась релятивистская механика, без которой невозможно решать такие, например, задачи, как движение частиц в ускорителях, где скорости приближаются к скорости света С.
Полученная формула (2.20) отличается от эйнштейновской еще и знаком минус потому что энергия гравитационной связи считается отрицательной. На это мои было бы сказать, что знак - дело условное, и напомнить, что на самом деле отрицательных энергий не бывает, как и отрицательных масс. Что отрицательная
энергия связи в системе из нескольких тел, например в атоме, - это всего лиш недостача положительной массы-энергии до какой-то большей величины. А в целом сумма всех энергий системы остается положительной величиной. Но в следующих разделах книги мы найдем более интересный ответ на этот вопрос об отрицательных
энергиях.
А здесь еще раз отметим, что как висящее на дереве яблоко обладает потенциальной энергией, которая высвобождается при падении яблока на земли так и все "висящие" в пространстве Вселенной тела тоже обладают такого же рода потенциальной энергией . Но только они не могут "упасть" к "центру Вселенной", как не падает на планету ее спутник.

ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ тела, энергия E0 свободного тела в системе отсчета, в которой тело покоится: E0=m0c2, где m0 - масса покоя, c - скорость света в вакууме. В энергию покоя входят все виды энергии, кроме кинетической энергии движения тела как целого и потенциальной энергии его взаимодействия с внешним полем. Теоретически извлечь полностью энергию покоя можно лишь при реакциях аннигиляции, при обычных ядерных реакциях извлекаются лишь доли процента, а при химических реакциях ~10-8 энергии покоя тела (смотри также Внутренняя энергия).

"ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ" в книгах

Ни дня покоя

Из книги Спецназ ГРУ: Пятьдесят лет истории, двадцать лет войны... автора Козлов Сергей Владиславович

Ни дня покоя Основу тактики подразделений регулярных войск, привлекаемых для борьбы с партизанами, составляют разведывательно-поисковые и поисково-карательные действия. Большинство операций (в отличие от российской армии) носит аэромобильный характер – когда маневр в

"Бешеная энергия и еще энергия"

Из книги Ленин. Эмиграция и Россия автора Зазерский Евгений Яковлевич

"Бешеная энергия и еще энергия" Ленин возглавляет избранный III съездом Центральный Комитет Российской социал-демократической рабочей партии. Под его руководством проходит вся деятельность созданной в марте 1905 года Заграничной организации РСДРП сплотившей все

03. Энергия, сила, импульс, кинетическая энергия, теплород…

Из книги Механика тел автора Данина Татьяна

03. Энергия, сила, импульс, кинетическая энергия, теплород… В физике существует немалая путаница, связанная с использованием понятий «энергия», «сила», «импульс» и «кинетическая энергия».Сразу скажу, что, несмотря на то, что эти четыре понятия существуют в физике

Галактическая Энергия – Энергия Мысли

Из книги Золотые ангелы автора Климкевич Светлана Титовна

Галактическая Энергия – Энергия Мысли 543 = Галактическая энергия – это энергия мысли = «Числовые коды». Книга 2. Крайон Иерархия 06.09.2011 г.Я ЕСМЬ Что Я ЕСМЬ!Я ЕСМЬ Манас! Приветствую Тебя, Владыка!Что мне сегодня надо знать?Светлана, Дорогая! Умница ты моя! Как хорошо, что ты

А энергия – Космическая энергия (Кундалини)

Из книги Ангелы автора Климкевич Светлана Титовна

А энергия – Космическая энергия (Кундалини) 617 = Только добро встречая зло и не заражаясь им, побеждает зло = Утратив веру, человек теряет способность любить = «Числовые коды». Книга 2. Крайон Иерархия 11.04.14 г.Я ЕСМЬ ЧТО Я ЕСМЬ!Я ЕСМЬ Отец Небесный! Я ЕСМЬ Вечность!Светлана, ты

МАГНИТНАЯ ЭНЕРГИЯ - ЭНЕРГИЯ НОВОГО ВРЕМЕНИ (KPАЙON)

Из книги Крайон. Я выбираю тебя. Ченнелинг через Нама Ба Хала автора Крайон Нам Ба Хал

МАГНИТНАЯ ЭНЕРГИЯ - ЭНЕРГИЯ НОВОГО ВРЕМЕНИ (KPАЙON) Мой дорогой друг, ты - сияющий Высший Свет, решивший когда-то в теле человека с целью приобрести жизненный опыт погрузиться в призрачную реальность, которой, собственно говоря, и не существует.Я, Крайон, приветствую тебя

Ангел – Вселенская Энергия – Энергия Жизни

Из книги Я ЕСМЬ Вечность. Литературные беседы с Творцом (сборник) автора Климкевич Светлана Титовна

Ангел – Вселенская Энергия – Энергия Жизни 958 = Есть много вещей которые не увидишь глазами, их надо видеть душой – в том-то и сложность = «Числовые коды». Книга 2. Крайон Иерархия И тот в ком светоч разума горит, Дурных деяний в мире не свершит. Ливий Тит (380 лет до

Энергия БА – Энергия Галактики

Из книги Школа Вселенского Знания автора Климкевич Светлана Титовна

Энергия БА – Энергия Галактики 621 = Вихрь вокруг человека – это энергетический вход – выход = День Стефана Пермского – это день победы Вселенского Ума = Самоотверженность может открыть Врата Понимания = Цель Человека – достигнуть непрерывности сознания = «Числовые

ЭНЕРГИЯ СВОБОДНАЯ – ЭНЕРГИЯ СВЯЗАННАЯ

Из книги Словарь по психоанализу автора Лапланш Ж

ЭНЕРГИЯ СВОБОДНАЯ – ЭНЕРГИЯ СВЯЗАННАЯ Нем.: freie Energie – gebundene Energie. – Франц.: йnergie libre – йnergie liйe. – Англ.: free energy – bound energy. – Исп.: energia libre – energia ligada. – Итал.::energia libйra – energia legata. – Португ.: energia uvre – energia ligada. Термины, которые подразумевают, с точки зрения экономической,

12. Энергия действия и энергия сдерживания

Из книги Образ жизни, который мы выбираем автора Фёрстер Фридрих Вильгельм

12. Энергия действия и энергия сдерживания Упражнения в энергии сдерживания необычайно важны и для развития энергии действия. Кто хочет совершить что-то определенное, тот должен все свои силы сконцентрировать на одной цели. Поэтому он должен решительно противостоять

Из книги НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ. автора Тесла Никола

ЭНЕРГИЯ ИЗ СРЕДЫ - ВЕТРЯК И СОЛНЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - ДВИЖУЩАЯ ЭНЕРГИЯ ИЗ ЗЕМНОГО ТЕПЛА - ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ИЗ ЕСТЕСТВЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ Есть множество веществ помимо топлива, которые возможно смогли бы давать энергию. Огромное количество энергии заключено, например, в

Что больше: энергия, выделяемая при распаде одного ядра урана, или энергия, затрачиваемая комаром на один взмах крыла?

Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора Кондрашов Анатолий Павлович

Что больше: энергия, выделяемая при распаде одного ядра урана, или энергия, затрачиваемая комаром на один взмах крыла? Энергия, выделяемая при распаде одного ядра урана, составляет величину порядка 10 триллионных джоуля, а затрачиваемая комаром на один взмах крыла –

Ток покоя

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ТО) автора БСЭ

Сексуальная энергия – энергия денег

Из книги Меня любят деньги. Прямой путь к вашему изобилию! автора Тихонова – Айыына Снежана

Сексуальная энергия – энергия денег Власть – это возбуждающее средство. Секс равен власти. Майкл Хатчинсон Психолог Карл Юнг изобрел психологическую модель для мужчин и женщин, которых он обозначал anima и animus. Он допустил, что каждый мужчина обладает внутренней

Энергия пола и половая энергия

Из книги Свобода любви или идол блуда? автора Данилов ставропигиальный мужской монастырь

Энергия пола и половая энергия В прежнее время господствовало убеждение, что человек построен «гармонически», то есть что естественное удовлетворение его потребностей само по себе создает внутреннее равновесие, определяет внутреннюю гармонию всех функций. Это

3.1. Что такое энергия движения во времени?

Условившись применять по мере возможности законы обычной механики к движению тел во времени, подумаем теперь над тем, может ли существовать энергия движения тела во времени Ет . Мы уже поняли, что покоящееся в пространстве тело движется во времени с наибольшей мнимой скоростью у0 = 1. Следовательно, оно в состоянии покоя будет обладать максимальной энергией движения во времени если последняя существует. Интересно, как будет соотноситься эта энергия с энергией покоя тела Е0 ? А с полной энергией тела Еп ?
В СТО полная энергия движущегося тела определяется формулой Эйнштейна Еп = mС2(с квадрат) . Подставляя сюда значения m из (2.3) и учитывая (2.15), получают

где, напомним,
В учебниках часто приводят график зависимости который мы воспроизводим на рисунке 3.1. Справедливо полагают, что полная энергия складывается из энергии покоя тела E0 = m0 C2(с квадрат) и кинетической энергии Ек , которую тело получает от движения, ускоряющего данное тело до скорости V. То есть

(3.2)

Исходя из этого, в СТО кинетическую энергию Ек определяют как разность

(3.3)

Кривая ее графика в точности повторяет кривую для Еn только проходит ниже на величину Е0 (см. рис. 3.1).

Рис (3.1)

Эти графики обычно не привлекают внимание исследователей. Но из них следует интересный для нас вывод о том, что кинетическая энергия и энергия покоя тела суммируются аддитивно как скалярные величины. Это соответствует классической механике, которой разлагают скорость тела на компоненты, находят энергию ее движения вдоль каждой из них, а затем складывают вычисленные компоненты энергии как скаляры. Попробуем применить это правило и для вычисления энергии движения тела во времени.
Но сначала определим точнее это понятие. Для этого умножим обе части уравнения (1.16) на
Еп =mС2 (с квадрат) .Получим:

Назовем компоненту

(3.5)

энергией движения тела в пространстве, а компоненту

(3.6)

энергией движения тела во времени.
На рисунке 3.2 приведены графики этих энергий как функции от скоро движения тела во времени у , величина которой отложена на оси абсцисс в линейном масштабе, а величина ß - в нелинейном (на рис. 3.1. в линейном масштабе вкладывали, наоборот, величину ß ). Надо сказать, что при переходе от линейной к нелинейной шкале оси абсцисс картина хода кривых изменяется, хотя все координ их точек остаются теми же.

Рис.(3.2)

График зависимости Еп от у (рис. 3.2) представляет собой гиперболу а зависимость Eт от у - наклонную прямую, что соответствует линейному уравнению (3.6).
Видим, что с уменьшением скорости движения тела во времени энергия его движения во времен уменьшается линейно. При этом покоящемуся в пространстве телу соответствует Ет = E0 , Ev = 0. Значит энергия покоя тела Е0 - это энергия движения во времени тeла покоящегося в пространстве.
Поколения физиков лом головы над вопросом, что такое таинственная "энергия покоя" тела, понятие о которой ввел Эйнштейн не расшифровав это понятие. И мы с вами наконец выяснили, что такое. Вы спросите, что тогда такое потенциальная энергия тела в гpавитационном поле Вселенной которой велась речь в предыдущем разделе? Но ничто не запрещает, чтобы это была одна и та же энергия.
Дуализм!
Рассматривая рис. 3.2, замечаем, что если энергия движения тела в пространстве может расти неограниченно с увеличением ß то энергия его движения во времени не превышает величину Е0 . Но поначалу, при , она больше энергии движения в пространстве. Такое поведение энергии определяется неукоснительным соблюдением закона сохранения количества движения тела во времени, о котором мы говорили в разделе 2.1.
Может, скорость движения потому и является особой скоростью, что при ней достигается не только равенство скоростей движения тела в пространстве и во времени y , но и равенство энергий этих движений. То есть достигается равнораспределение энергий движения в пространстве и во времени.

3.2. Можно ли использовать энергию движения во времени?

Эйнштейн, показав, что энергия покоя тела Е0 инвариантна при преобразованиях Лоренца, отождествлял ее с внутренней энергией этого тела. Мы же всё более убеждаемся, что эти два термина обозначают разные понятия, что под внутренней энергией тела следует понимать энергию движения данного тела во времени Ет , которая уменьшается с ростом скорости V движения тела, а потому далеко не инвариантна, в отличие от Е0 .
Хотя с увеличением скорости V движения тела в пространстве энергия его движения во времени Ет уменьшается, полная (релятивистская) энергия Еп этого тела растет в соответствии с (3.1). Следовательно, при замедлении движения тела во времени разность энергий

превращается в часть энергии движения тела в пространстве и суммируется с кинетической энергией Ек , привносимой движителем. Вместе они и составляют энергию движения тела в пространстве:

(3.8)

Другими словами, часть массы-энергии покоя тела Е0 превращается в энергию его движения в пространстве Ev Ну а в сумме энергии ЕV и Ет составляют полную (релятивистскую) энергию тела

(3.9)

Но поскольку масса и энергия - понятия эквивалентные, то эти превращения энергии из одного вида в другой для наблюдателя остаются незамеченными. Для нeгo имеет значение лишь полная (релятивистская) масса-энергия тела Eп , которая проявляет себя и как инертная, и как гравитационная масса данного тела. Некоторые просят, стоит ли тогда писать все эти формулы с энергией движения во времени, если в результате она никак себя не обнаруживает? Но можно надеяться (и, как будет показано в следующей главе, не без оснований), что существуют такие процессы, на которые движение в пространстве и движение во времени сказываются по-разному.
Если при замедлении движения тела во времени часть энергии этого мнимого движения превращается в энергию движения в пространстве, то возникает вопрос: а нельзя ли найти такие условия, при которых эту энергию, бывшую до того частью "энергии покоя" тела, можно было бы использовать в полезных целях, например высвечивая ее в виде излучения, а затем превращая в электроэнергию. Ведь это огромная энергия! Из каждого грамма вещества - "топлива" - ее могло бы выделяться в тысячи раз больше, чем выделяется из грамма урана в ядерном реакторе. Это было бы самое калорийное "топливо"! В таком процессе масса непосредственно превращалась бы в энергию, а "топливом" могло бы служить любое вещество.
Ведь атомы любого вещества - это словно консервы со сгустками энергии. Но туристы хорошо знают, что можно умереть от голода на мешке с запаянными консервными банками, если не иметь ключа для их открывания. Таковым "ключом" для высвобождения внутренней энергии вещества до последнего времени считались только ядерные реакции, протекающие, например, в реакторах атомных электростанций и в атомной и водородной бомбах. Но и там для эффективного протекания процесса требуется создавать особые условия (критические массы, сверхвысокие температуры). Да и опасны эти источники энергии. А потому дорогие и в конечном счете низкоэффективные. Поэтому надо продолжать поиски других "ключей" для высвобождения внутренней энергии вещества.
Из вышеизложенного понятно, что для высвобождения внутренней энергии вещества необходимо прежде всего замедлять движение его во времени, ускоряя движение в пространстве. А для этого необходимо привносить извне кинетическую энергию, притом большую той, которая выделяется. Процесс на первый взгляд может показаться энергетически невыгодным. Но только на первый взгляд. Ведь и для получения энергии от сжигания угля необходимо сперва разогреть уголь до воспламенения. Вложенная извне энергия не исчезает, а остается в системе, при этом выделяющаяся энергия, которую мы хотели бы использовать, добавляется к ней. Посмотрите: кривая графика для Еv на рис. 3.2 лежит выше кривой Eк . Расстояние между ними и есть выигрыш в энергии. Он появляется уже при значениях у , близких к 1. Это значит, что не до такой уж большой температуры надо разогревать наше "топливо", чтобы получить ощутимый выход энергии. Может, даже температуры топки паровоза хватило бы, чтобы разогнать молекулы "топлива" до необходимых скоростей теплового движения?
Конечно, для этого надо знать, в каком именно веществе наиболее легко может пойти такой процесс высвечивания внутренней энергии, и надо знать, при каких условиях он может идти наиболее эффективно. Ведь и обыкновенный уголь в обыкновенной топке не при любых условиях загорается.
И только ли ускорением в пространстве можно тормозить движение тела во времени? Может, существуют более рациональные методы? Ведь мы только-только осваиваем азы теории движения во времени, которая находится еще в зачаточном состоянии!
Похоже, что в природе существуют мощные источники энергии, освобождающейся при замедлении движения тел во времени. Это не только "черные дыры", в которых определенно идет этот процесс. Думается, что он идет и в недрах Солнца, может быть, даже и в недрах Земли в какой-то степени. Ведь давно известно, что в ней существуют какие-то неучтенные источники энергии.
До последнего времени источником энергии излучения Солнца считались реакции термоядерного синтеза, идущие в его недрах. Но они должны были сопровождаться выделением огромного количества нейтрино - всепроникающих безмассовых частиц, движущихся, как до сих пор считают почти все физики, со скоростью света С. (В книге выдвинута гипотеза, что нейтрино летят со сверхсветовыми скоростями.) В 60-е годы сначала в США, а затем в СССР построили большие установки для регистрации солнечных нейтрино, но оказалось, что их поток по крайней мере в 3 раза ниже ожидавшегося. С тех пор ученые теряются в догадках.
Так, может быть, действительно основным источником энергии Солнца являются не термоядерные реакции, а просто разогретое вещество высвечивает часть энергии движения во времени?
Но для этого ей надо каким-то образом превратиться не в энергию движения в пространстве Ev , а в кинетическую энергию атомов Ек . Последняя, как мы уже видели, не идентична Ev , а является ее составной частью.
В СТО кинетической энергией E. называют энергию, определяемую формулой (3.3). Не будем ломать эту традицию, хотя член-корреспондент PAEH "нерелятивист" В. M. Мигунов , а вслед за ним академик АЭН РФ Г. E. Иванченко ,тоже пришедший к выводу об уменьшении внутренней энергии элементарных частиц с увеличением скорости их движения в пространстве, утверждают, что кинетической энергией тела следует называть разность энергий Ед , определяемую выражением (3.7).
Они уверяют, что энергия Ек, сообщаемая телу от движителя при ускорении движения тела в пространстве и называемая в СТО кинетической энергией, на самом деле затрачивается на деформацию пространства-времени (или эфира), в котором движется тело. При этом Мигунов пишет, что энергия Eк идет на изменение гравитационной связи частицы со Вселенной и перераспределяется во Вселенной, со всеми телами которой частица находится в "динамическом равновесии" .
А у движущейся частицы, уверяет Иванченко, всегда остается только суммарная масса-энергия Е0 = Ет + Е∆ , которая, по его мнению, инвариантна. Напомним, что в СТО тоже считают энергию покоя тела E0, инвариантом, не зависящим от скорости движения тела. Если бы это было действительно так, то на этом можно было бы закончить нашу книгу, так как это закрывало бы возможность превращения части массы покоя вещества в энергию излучения. Но, к счастью, это не совсем так, точнее, не всегда так, в чем мы убедимся в четвертой главе.

3.3. Экскурс в релятивистскую термодинамику

В книге далеко не впервые было написано столь необычное для специалистов по теории относительности уравнение, получаемое из (3.4):

(3.10)

которое получил простым алгебраическим преобразованием эйнштейновской формулы

(3.12)

Под U он здесь имел в виду энергию газа в баллоне, движущемся со скоростью ß , а под U0 - энергию того же газа в неподвижном баллоне. Де Бройль вывел уравнение (3.11), обсуждая известные формулы

полученные еще в 1907 г. М.Планком и М.Лауэ для релятивистского преобразован теплоты Q и температуры. Т при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой, движущейся относительно первой со скоростью ß .
Сам M. Планк выводил формулы (3.13) довольно сложным путем, приведенным например, в и основанном на предварительном доказательстве инвариантности давления газа и энтропии при преобразованиях Лоренца.
Необходимость возврата теоретиков в 60-е годы к широкому обсуждению форм (3.13), 50 лет не вызывавших сомнения у физиков, была обусловлена тем, что в 191 году появилась посмертная публикация Г. Отта , в которой обращалось внимание на то, что в некоторых случаях формулы (3.13) ведут к парадоксальным результата! и предлагалось заменить их формулами.

Соответствующими Эйнштейновскому выражению (3.12) для полной энергии тела.
Дискуссия теоретиков продолжалась несколько лет, пока Луи де Бройль уравнением (3.11) не показал, что результаты Планка-Лауэ и Отта не противоречат друг - другу, а просто авторы разговаривают на разных языках. Ибо член в уравнении (3.11), совпадающий с формулой Планка-Лауэ (3.13), утверждал де Бройль, описывает переносимую телом при его движении тепловую энергию, а член описывает "Энергию переноса" этой тепловой энергии (или просто тепла) из одной инерциальной системы отсчета в другую.
К сказанному остается только добавить, что тепловая энергия газа в баллоне - это ведь часть внутренней энергии, содержащейся в баллоне, она является добавкой энергии покоя молекул, находящихся в баллоне. Поэтому формула (3.13) для тепло газа совпадает с нашей формулой (3.6) для внутренней энергии тела или энергии его движения во времени.
А то, что де Бройль назвал "энергией переноса", является не чем иным, как определяемой формулой (3.5) энергией движения в пространстве.
Таким образом, и де Бройль, и мы пришли разными путями к одному и тому же результату. Только великий французский физик на том и остановился в данном вопросе, рассматривая уравнение (3.11) лишь как вспомогательное.
И вообще участники той дискуссии 60-х годов считали, что рассматриваемые ими вопросы имеют исключительно теоретическое значение и далеки от насущных потребностей людей. Так, советский участник той дискуссии В.А. Угаров в писал: " ... формулы (3.13) имеют скорее принципиальное, чем практическое значение".
Такая убежденность основывалась на том, что при доступных людям технических скоростях движения макроскопических тел (например, баллонов с газом) релятивистский фактор ß = V/C чрезвычайно мал, а потому значения Q и Т, вычисляемые по формулам (3.13), оказывались практически неотличимыми от значений Q0 и Т0 даже при космических скоростях (V ~ 104 (10 в четвертой степени) м/с) движения тел.

3.4. Попытка прорыва вульгарного понимания закона сохранения энергии

Эксперимент, настоящий эксперимент, в большинстве случаев идет впереди теории, которой остается только объяснить его результаты. Так произошло и в случае, описанном в 1989 году немецким журналом "Пространство и время" . Студент-энергетик Людвиг Гербранд в 1930 году был направлен на преддипломную практику на гидроэлектростанцию Рейнфельден, где монтировали новый электрогенератор взамен износившегося. На этой электростанции, построенной еще в конце XIX века, не было высокой плотины, а просто часть потока реки Рейн отводилась дамбой к турбогенераторному залу. Студент обратил внимание на то, что турбогенераторы, пропуская через себя всего 50 куб. м воды в сек., производят электроэнергии столь же много, как на соседней новой гидроэлектростанции в Рыбурге, имеющей высоту напора воды 12 м, вырабатывают огромные турбогенераторы с пропускной способностью 250 куб. м в сек.
Заинтересовавшись этим парадоксальным фактом, Гербранд понял, что причина - в динамическом напоре потока воды, подводимой к турбине.
Перегораживая реку высокой плотиной, проектировщики стремятся создать как можно больший гидростатический напор воды. При перепаде уровней воды H гидростатическая (гравитационная) энергия, запасенная водой за плотиной, составляет

На эту энергию и рассчитывают проектировщики, возводя плотину и подводя воду сверху вниз по изогнутому под углом в 90 градусов водоводу к турбине, где потенциальная энергия столба воды превращается в кинетическую энергию движения воды

(3.16)

подаваемой на лопатки турбины. При этом скорость потока воды не может превысить величину

(3.17)

(Здесь g = 9,8 м/с2 (с в квадрате) - ускорение свободного падения у Земли). Повышение мощности турбин считалось возможным только за счет увеличения их пропускной способности. Но последняя ограничена не только конструкцией турбины, 3 и величиной стока реки.
А вот на старой электростанции не было высокой плотины, зато дамба захватывала самую быструю часть течения реки и по сужающемуся каналу подводила его прямо к турбинам. При этом в сужающемся канале скорость потока, подаваемого на лопатки турбины, еще возрастала и оказывалась гораздо большей, чем на новой электростанции с ее высокой плотиной. А кинетическая энергия потока, согласно формуле (3.16), является квадратичной функцией от его скорости! Если скорость потока в 2 раза больше, то энергии вырабатывается в 4 раза больше при одном и том же расходе воды.
Но в действительности турбогенераторы старой электростанции вырабатывали электроэнергии еще больше, чем показали студенту эти простые расчеты. Откуда она берется? Обеспокоенный студент пишет письмо своему научному руководителю профессору Финзи. Тот ответил следующее: "Не волнуйтесь. Генератор работает без проблем... Мы инженеры-электрики. Поэтому остальные вопросы не наши, чтобы их решать. Оставьте их гидравликам...".
У немцев уже тогда торжествовал узкопрофессиональный подход к делу.
Увы, скоро Гербранда призвали в армию, а потом война не позволила ему заниматься гидроэнергетикой. Только в 70-е годы он возвратился к своим студенческим вычислениям. Пытается взять патент на способ повышения энергетического выхода гидроэлектростанций, но получает отказ со ссылкой на то, что его предложения нарушают закон сохранения энергии. Обращается к правительству и промышленникам - без успеха. Дымовая завеса вульгарно понимаемого закона сохранения энергии мешает им признать факты.
Попробуем дать объяснения эффекту, подмеченному Гербрандом, с позиций теории движения. Она утверждает, что при ускорении движения тела в пространстве часть его внутренней энергии превращается в энергию движения тела в пространстве EV2(v в квадрате) названной де Бройлем "энергией переноса", и суммируется с кинетической энергией Ек , привносимой извне. Правда, такое превращение напоминает перекладывание денег из левого кармана в правый: от этого человек не становится богаче. Но не надо забывать, что внутренняя энергия - это не только энергия покоя атомов, составляющих тело, но и плюс к этому еще и энергия их теплового движения в теле. Однако при земных скоростях движения тел изменение величины тепловой энергии Q, как показывали формулы (3.13), должно быть весьма незначительным. Но...
Но формулы (3.13) выведены для баллона с газом, а ведь вода - это не газ, состоящий из отдельных не связанных друг с другом и почти свободно движущихся в пространстве и соударяющихся друг с другом молекул. Вода ведь имеет межмолекулярные связи, обеспечивающие ее монолитность и целостность как единого квантового механизма. Вода - хоть и текущее, но цельное тело, а не рой молекул! Поэтому можно предположить, что когда мы ускоряем движение воды как целого тела, то требуемое теорией движения превращение части массы-энергии покоя воды и части ее тепловой энергии в энергию движения в пространстве Еv происходит не по отдельности, а вместе, ибо вместе они и составляют внутреннюю энергию воды.
А дальше остается только допустить, что тепловой энергии колебаний молекул легче превращаться в энергию движения в пространстве, нежели внутренней энергии атомов, составляющей основную часть энергии покоя воды. И происходит то, чего никак не ожидали теоретики, обсуждавшие в 60-е годы формулы Планка-Лауэ: в ускоряемом потоке воды происходит ее самопроизвольное охлаждение с превращением части запасенной в воде тепловой энергии в энергию движения потока в пространстве. Масса покоя воды m0 при этом остается неизменной: вода как бы "откупается" от совершаемого над ней насилия (ускорения) "разменной монетой" -тепловой энергией, сохраняя неизменным число своих атомов и их массу-энергию
покоя.
При этом не нарушается закон сохранения энергии, хотя в результате поток воды приобретает скорость большую, чем ожидалось исходя из затрат только привнесенной извне энергии Ек . Но поскольку теплоемкость воды рекордно высока среди всех известных людям веществ, то даже при охлаждении всего на 10°С каждый литр воды может ускориться на 9 м/с. Представляете, какие огромные запасы только тепловой энергии содержатся в реках?!
Конечно, все это пока только робкая гипотеза, требующая додумываний и тщательной экспериментальной проверки. Но игра стоит свеч, хотя пока мало надежд, что все это окажется столь просто и именно так. Ведь энергия движения в пространстве Ev , или "энергия переноса", как ее называл де Бройль, в которую превращается часть внутренней энергии тела при ускорении его прямолинейного поступательного движения, - это еще не кинетическая энергия тела, а нечто иное. Да и с законом сохранения импульса тут мы, похоже, не всё согласовали.
Тем не менее, в предложениях Гербранда было еще одно рациональное зерно, не отмеченное в . Советские гидроэнергетики тоже подметили, что турбины с горизонтально расположенной осью, установленные, например, на Череповецкой ГЭС, вырабатывают энергии на 15- 20% больше, чем вертикальные турбины, имеющие такой же диаметр . Это объясняют тем, что к горизонтальной турбине вода подается по прямому, а не изогнутому водоводу, и к гидростатическому напору воды, обусловленному перепадом высот ее уровней до и после плотины, добавляется еще и динамический напор течения реки, если оно не совсем "убито" плотиной.
Кроме того, работает эффект "гидравлического тарана": на лопатки турбины давит не только гидростатическая сила, создаваемая столбом воды высотой Н, но и сила инерции всей массы воды, движущейся в прямом водоводе и в примыкающей к нему части реки. Эта сила инерции больше гидростатической силы! С помощью "гидравлического тарана" мелиораторам при перепаде высот уровней воды всего в 1 м удается поднять воду по длинной трубе на высоту до 10 м .

Выводы к главе

1. Энергия движения тела во времени - это величина . Она максимальна у покоящегося в пространстве тела, то есть когда у = 1. Из этого следует, что энергия покоя тела Е0 - это энергия движения во времени тела, покоящегося в пространстве.
2. В теории относительности необоснованно и ошибочно отождествляют внутреннюю эгию тела с его энергией покоя Е0 , которая инвариантна при преобразованиях Лоренца. Под внутренней энергией тела следует понимать энергию его движения во времени Ет которая не инвариант, а уменьшается с ростом скорости V движения тела в пространстве.
3. При ускорении поступательного движения тела часть его энергии покоя превращается в энергию переноса тела , в состав которой входит еще и кинетическая энергия Eк , привносимая источником движущей силы, Но при поступательном движении тела наблюдатель может измерять только полную массу - энергию тела , в состав которой аддитивно входят энергия движения тела во времени (внутренняя энергия тела Ет ) и энергия переноса Ev .
4. Если бы удалось помешать разности между энергией покоя тела Е0 и энергией движения его во времени Ет превращаться при ускорении тела в энергию переноса Еv а заставить эту разность энергий высвободиться, например излучиться, то это был бы неиссякаемый источник даровой энергии для человечества, ибо кинетическая энергия Ек , затраченная на ускорение тела,при этом не исчезает, а тоже может быть использована.
5. Понятие энергии переноса Ev ввел Л. де Бройль, рассматривая формулы Планка-Лауэ для релятивистского преобразования теплоты и температуры при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. В них теплота, как внутренняя энергия газа в баллоне, тоже уменьшается с ростом скорости движения баллона в пространстве по такому же закону, как и энергия движения тела во времени в наших выкладках.
6. Практики-энергетики давно подметили, что в ускоряемом потоке воды происходит ее самопроизвольное охлаждение с превращением части тепловой энергии воды в кинетическую энергию потока.