О НЕКОРРЕКТНОСТИ  ЗАКОНОВ  СОХРАНЕНИЯ  ЭНЕРГИИ


  Сафонов И.А.

Необходимо отметить, что до сих пор нет корректных экспериментов, подтверждающих закон сохранения энергии. Так, например, опыты, поставленные Галилеем, Мерсенном, Валлисом, Реном, Гюйгенсом, Гуком, Мариоттом, - не дали желаемых результатов.

Расчёты Карно, Майера, а также эксперименты Джоуля, Ленца, Гельмгольца, Кольдинга, Гирна, Роуланда, Микулески, Фаври и многих других относятся к оценке эквивалентности тепловой и механической энергии; и они являются только косвенными доказательствами закона сохранения энергии. Кроме того, опыты типа опытов Джоуля содержат в себе методологическую ошибку: скорость падающего груза, вращающего крыльчатку в жидкой среде, замерялась только в конце пути, когда необходимо было замерять его скорость на каждом участке падения. Здесь настораживает значительное расхождение результатов опыта. По мнению автора, температура является не только мерой количества тепла, но и интенсивности тепловых процессов. Так, например, деревья, используют солнечную энергию в течение десятков лет при температуре 20⁰С, при сгорании же в течение нескольких часов развивают температуру до 900⁰С. Эксперименты, проведённые автором по диссоциации известняка, подтвердили вывод автора. Эксперименты, поставленные Рюминым (Москва), не соответствовали закону эквивалентности механической и электрохимической энергии: мощность, развиваемая при поднятии груза, была на порядок (!) выше расхода батарейкой энергии, идущей на вращение электромотора.
 

 

2. Формула для кинетической энергии, выведенная Кориолисом в 1826 году, -

 

 
не совпадает с формулой автора, полученной им на основе второго закона Ньютона:
 


 
Учитывая, что a = (V₂ - V₁) / t, формула (2) принимает вид:
 


 
 
3. В механике теория удара тел рассматривается на основе двух законов: закон сохранения импульса и закон сохранения энергии. Однако эти два закона не совместимы между собой: первый - это линейный закон, второй - нелинейный. Совместное решение уравнений на их основе допустимо с точки зрения математики, но не допустимо с точки зрения физики. Лауреат Нобелевской премии Р.Фейнман также указывал на недопустимость излишнего использования математики в решении физических задач, что, по его мнению, приводит к ложным результатам. С целью доказательства вывода автора и Фейнмана, проведём следующий мысленный эксперимент.

 

  4. Телу, посредством пружины или лазерного луча, всегда сообщается строго заданные импульс и энергия, независимо от массы испытуемого тела. Исходя из закона сохранения импульса: во сколько раз уменьшилась масса, во столько раз должна возрасти его скорость. Однако этот закон сохранения импульса не распространяется на математическое выражение для кинетической энергии.

  



  На самом деле, с изменением массы тела - его кинетическая энергия изменяется по отношению к импульсу на величину (-V/2), (рис. I):
 

 
Отсюда следует, что при постоянном импульсе тела, при любой его массе, энергия этого тела, зависимая от непостоянной скорости V , не сохраняет своего постоянства, в то время как из условия задачи следует, что любое исследуемое тело получает постоянную энергию. Полученный результат свидетельствует о несоответствии закона сохранения импульса закону сохранения энергии. Не случайно, ряд частных задач, касающихся удара упругих тел, не имеют решения.
 
 
5. В декабре 1653 года Гюйгенс сообщает Кинуру, что он не смог решить задачу, когда движущееся тело встречает покоящееся тело, которое в два раза больше его по массе. Как выяснил автор, эта задача не имеет решения.
 



Для доказательства рассмотрим центральный удар двух упругих шаров, массой m₁ (его скорость до столкновения составляет V₁) и массой m₂, когда более тяжёлый шар m₂ до удара находится в состоянии покоя (V₂ = 0), (рис .2).

Шар m₁ после столкновения с шаром m₂ будет двигаться в обратном направлении со скоростью V₁. В этом случае уравнения законов сохранения импульса и энергии запишутся в следующем виде (с учётом, что m₂ = n·m₁):


 

Обратим внимание, что выражение (4) не отвечает принципу относительности: относительная скорость шаров до удара и после него не равны между собой.

Решим новое уравнение относительно V₁. 


 
С целью упрощения решения примем обозначения: (n -1) = A,  2V₁ = B, (n-1)·V₁² = С. Используя дискриминант (B² - 4АС), исследуем полученное уравнение (6), которое имеет решение только в том случае, если (B² - 4АС) = (2 - n) ≥ 0.

Однако при условии n > 2, то есть m₂ > 2m₁, математические уравнения (4) и (5); включающие нереальный закон сохранения энергии, не имеют совместного решения.

  
6. Исследуем формулу Кориолиса (2), с учётом того, что приращение кинетической энергии зависит от приращения скорости: V₂² - V₁².

Учитывая, что V₂ - V₁ = ΔV, разложив (V₂² - V₁²) на множители, имеем:


 
Из формулы (7) следует, что при ΔV = const, когда приращение скорости ΔV отсутствует, приращение кинетической энергии определяется величиной начальной скорости движения V₁, что не отвечает физическому содержанию для кинетической энергии, - приращение кинетической энергии должно быть связано только с приращением скорости ΔV. Следствием из формулы (7) является нарушение принципа относительности, - одного из основных законов физики.

  
7. В собственной системе отсчёта относительная кинетическая энергия между двумя телами массой m каждое, движущихся со скоростями V₂ и V₁ (например: V₂ = 5 м/с и V₁ = 4 м/с), имеет величину:
 


 
В системе отсчёта, которая со скоростью V = 15 м/с движется навстречу этим телам, скорость первого тела составит V₁ = 19 м/с, а скорость второго тела составит V₂ = 20 м/с. Относительная кинетическая энергия между этими телами относительно новой системы отсчёта при постоянном ΔV = 1 м/с принимает значение:


 
Полученный результат ΔW = ΔW₂ - ΔW₁ = 15·m противоречит принципу относительности - равноправию инерциальных систем отсчёта, что исключается физикой (рис.3). 



  8. В связи с некорректностью закона сохранения энергии лётчик не в состоянии определить изменение кинетической энергии самолёта в процессе изменения скорости его полёта. Например, три независимых наблюдателя, следящих за полётом самолёта, обладают следующей информацией:

- скорость самолёта до начала ускорения - V₁,

- приращение скорости полёта ΔV в момент ускорения,

- скорость самолёта на участке полёта после ускорения - V₂.

Кинетическая энергия для первого наблюдателя составит:


 
Для второго наблюдателя (лётчика) приращение кинетической энергии самолёта определяется акселератором и секундомером:


 
Для третьего наблюдателя, скорость самолёта равна V₂ = V₁ + ΔV, кинетическая энергия самолёта составит:


 
Из условия сохранения энергии должно соблюдаться равенство, когда суммарная кинетическая энергия самолёта для первых двух наблюдателей должна быть равна кинетической энергии самолёта для третьего наблюдателя (рис. 4):
 


  

 
Однако такое равенство, диктуемое законом сохранения энергии, не имеет места, так как:
 


 
что ещё раз подтверждает нарушение закона сохранения энергии.


9. В I696 году И. Бернулли поставил задачу о брахистохроне: найти кривую кратчайшего времени (рис.5). 



Требовалось решить задачу: как из точки А под действием силы тяжести попасть в нижележащую точку (не расположенную на одной вертикали с А). Четверо учёных решили эту задачу: Лейбниц, Ньютон, де-Лопиталь и Я. Бернулли. Решение Я. Бернулли было наиболее интересным и сыграло выдающуюся роль в новой отрасли математики, - вариационном исчислении. Однако, по мнению специалистов, решение Я. Бернулли далеко от совершенства: не ясно, оправдан ли предельный переход от ломаной линии к кривой. Есть и другие трудности.

Обратим внимание (М.Я. Выгодский. Справочник по высшей математике. -Москва, «Наука», 1977, стр. 803), что тело, скользя по циклоиде АСВ, достигнет точки В раньше на 25%, чем если бы оно скользило по наклонной прямой АВ. При этом отметим, что, во-первых, точка В лежит выше самой низкой точки циклоиды С (следовательно в области точки С тело задерживается повремени) и, во-вторых, циклоида примерно на 17% длиннее прямой АВ. Эти два пункта свидетельствуют о том, что движение по брахистохроне происходит с нарушением закона сохранения энергии: более длинный путь (на I7%) тело проходит за более короткий промежуток времени, на 25%. Отсюда следует, что средняя кинетическая энергия при скольжении по циклоиде значительно выше, чем при скольжении по наклонной прямой.

  

10. Исследуем процесс растяжения пружины с точки зрения сохранения энергии.

При растяжении упругой пружины (рис .6) под действием груза Р₁ на величину X₁ совершается работа KX₁²/2. При дальнейшем увеличении нагрузки (рис. 7) под действием дополнительного груза Р₂ пружина снова растянется и совершит дополнительную работу KX₂²/2. Снимем полностью нагрузку. Пружина, при свободном сжатии, возвращаясь в исходное положение, выделит энергию KX²/2, где X = X₁ + X₂. Закон сохранения энергии требует:

 


 





                 Рис. 6                                                                                                 Рис. 7

  Однако такое равенство (12) в данном случае не соблюдается: в процессе сжатия пружины энергии выделилось больше (X₁² + X₂² < X²). Таким образом, полная энергия пружины, совершающей в поле тяжести замкнутый цикл «растяжение-сжатие», зависит от способов приложения к ней нагрузок P и не соответствует принятому стандарту: работа тела по замкнутому контуру в поле тяжести равна нулю. Приведённый пример разберём графически (рис .8).
 

  Сила KX₁ на участке Х₁ совершит работу KX₁², которая эквивалентна площади треугольника ОАЕ. На участке Х₂ сила KX₂ совершит работу КX₂²/2, что эквивалентно площади треугольника АВС. Тогда общая работа на участках Х₁ и Х₂, затраченная на растяжение пружины, будет эквива­лентна площади двух треугольников ОАЕ и АВС. Но сумма площадей этих треугольников меньше площади треугольника ОВD, эквивалентной работе силы KX на участке Х, на величину KX₁X₂, которая, в свою очередь, эквивалентна площади прямоугольника АСDЕ. Таким образом, общую работу можно представить как сумму площадей двух треугольников ОАЕ и АВС, а также прямоугольника АСDЕ или:
 


 
Полученное математическое выражение (13) соответствует равенству:

 

 
Однако, полученный результат (14), якобы удовлетворяющий закону сохранения энергии, на самом деле не вписывается в этот закон. Покажем это.

Допустим, силы Р₁ и Р₂ равны между собой. Естественно ожидать, что в равных условиях (в независимости очерёдности приложения сил к пружине) они должны, исходя из принципа аддитивности, совершать равную работу (КX₁²/2  = KX₂²/2) по растяжению пружины. На самом дeлe, из выражений (I3) и (14) следует, что работа от силы Р₂ равна КХ₂²/2 + KX₁Х₂, то есть превосходит работу от силы Р₁ на величину КX₁X₂.

Полученный результат по работе пружины в процессе её деформации дополнительно свидетельствует о нарушении закона сохранения энергии.

 
 
11. Из закона сохранения энергии следует: при движении тела в поле тяжести по замкнутому контуру полезная работа не производится. В качестве альтернативы этому общепринятому выводу рассмотрим пример, когда по замкнутому контуру в поле тяжести движутся два тела массой m каждое, но с разными скоростями: V₁ ≠ V₂ (рис. 9).


 
В этом случае совершается внутрицикловая работа, отличная от нуля.
 
 
Возможная реализация внутрицикловой энергии представлена на рис. 10, когда перемещение рычагов под действием поля тяжести относительно друг к другу, при их общем движении по замкнутому контуру, совершает работу по перекачке жидкости в одну сторону. В результате этого, половина системы, заполненная жидкостью, тяжелее «сухой»; и система, находясь в неравновесном состоянии, постоянно вращается.
 


 
Автор считает, что гидроэлектростанции работают на вечной энергии, в частности - энергии гравитационного поля: в отсутствии гравитации не было бы течения рек. Докажем предположение автора.

Представим водоём, вода которого прогревается Солнцем и превращается в пар. Пар, под действием силы Архимеда, а правильнее сказать - под действием силы гравитации, поднимается вверх, совершая при этом работу. На некоторой высоте пар, охлаждаясь, конденсируется вводу. В процессе охлаждения тепло, полученное от Солнца, полностью возвращается в окружающую среду. Таким образом, тепловой баланс равен нулю. Капли дождя, падая с высоты, на которой произошла конденсация, вновь совершают работу. Следовательно, за один цикл, так называемого круговорота воды в Природе (подъёма - падения) совершается двойная работа, что ошибочно запрещено наукой. Солнце в этом энергетическом процессе играет роль катализатора. Наблюдаемый нами круговорот воды в Природе может быть искусственно создан в лаборатории, с целью извлечения механической энергии из низкопотенциальных источников тепла.
 

12. Нарушение закона сохранение энергии в теории светового давления, при степени отражения R = I, следует из формулы самого основателя электродинамики Максвелла (Г.С. Лансберг. Оптика. -М., «Наука», 1976, стр. 663): 

 
Общеизвестно, что в электродинамике Максвелла во втором его уравнении, с целью сохранения закона сохранения энергии, им был искусственно введён так называемый ток смещения без каких-либо доказательств. Также известно, что токи, в конце концов, превращаются в тепловую энергию; токи же смещения в вакууме не выделяют теплоты. Таким образом, ток смещения в вакууме пропадает бесследно, что запрещено законом сохранения энергии (А.А. Детлаф. Курс физики, часть 2. -М., «Высшая школа», I977, стр. 326).
 

I3. Нарушением закона сохранения страдает и Всемирный закон тяготения Ньютона:

 

 
Рассмотрим силу взаимодействия двух тел массой M₁ и М₂ каждое (при условии M₁+M₂ = const). Когда от массы M₁ «отняли» массу «m» и прибавили её к массе M₂, сила взаимодействия двух тел массой   (M₁ - m) и (M2 + m) уменьшится:


 
В случае равенства M₁ и М₂ малая масса m = 0,5·М; и формула (I5) принимает вид:
 


 
То есть сила взаимодействия по сравнению с формулой (I4) сократится на 25%, хотя сумма взаимодействующих масс M₁ + М₂ не изменилась.

Из формулы Всемирного тяготения Ньютона (I4) ошибочно следует принцип эквивалентности масс, который можно сформулировать следующим образом: ускорение падения тел, например на Землю, не зависит от массы падающего тела. Опыты, поставленные Ф.Бесселем, Р. Этвешем, П. Зееманом, П.Роллом, Р.Кротковым, Р. Дикке, В.Брагинским и В. Пашиным, с целью доказательства эквивалентности масс, не вполне корректны: в них определялась сила взаимодействия (например - с Солнцем) разных материалов, но равных масс. Естественно, сила гравитационного взаимодействия не зависит от природы материала. В этих экспериментах не могла учитываться сила гравитационного взаимодействия со стороны самих исследуемых масс.

Формула Ньютона (I4) справедлива для пробных масс, которые своим полем не искажают гравитационного поля Земли. В случае если масса пробного тела соизмерима с массой Земли, то формула Ньютона не работает. Так, например, из принципа эквивалентности масс следует, что период колебания маятника не зависит от массы груза:


 
Формула (16) справедлива в том случае, если масса маятника, а следовательно - его гравитационное поле, бесконечно мало по отношению к аналогичным характеристикам Земли. Но если масса маятника соизмерима с массой Земли, то он способен через своё поле гравитации «раскачать» Землю. В случае если масса маятника больше массы Земли, то маятником становится сама Земля, что не вытекает из формулы колебания маятника.

Из принципа эквивалентности масс следует: невозможно никакими опытами установить, - находится ли наблюдатель в движущемся с ускорением лифте или находится в поле тяжести, обладающим таким же ускорением свободного падения.

Однако такие эксперименты есть: тело, брошенное вверх с лифта, не имеет второй космической скорости (лифт всегда догонит брошенное тело).

Автор поставил следующий эксперимент: теннисный шарик, выпущенный из рук, остаётся лежать на полу лифта. В земных же условиях - шарик стремится подняться на прежнюю высоту.

 

Москва

 
Сафонов Игорь Андреевич, - кандидат технических наук.