Закон сохранения энергии или баланс энергии?

[bykovsky]

Закон сохранения энергии или баланс энергии?

Может ли быть ЗСЭ даже в принципе? при условии тождественности частиц?

Пример. Имеем две системы отсчета, относительная скорость v.
В каждой из систем отсчета имеем по некой массе M1 и M2. Массы разные по количеству вещества. Теперь если находимся в первой системе отсчета то движущейся считается M2 и кинетическая энергия M2v2/2.
Переходим во вторую, теперь M2 неподвижна и считаем кинетическую энергию она равна M1v2/2.
Если учесть что массы не равны то ЗСЭ как фундаментальное свойство не соблюдается, а является только бапансом энергии в отдельно взятой ИСО.


Теперь, рассмотрим задачу с отражением света от идеального зеркала.
И ответим на вопрос, полетит Солнечный Парусник от ”давления света” или нет.
(Мы знаем об опыте Лебедева, но рассматриваем задачу с точки зрения сохранения ЗСЭ и ЗСИ)
При условии ускорения СП должно произойти изменение кинетической энергии СП для чего необходимо поглощение энергии света. Иначе кинетическая энергия СП возникала бы из ничего.
Более того ускорение СП должно быть только в момент нагревания зеркала. Поскольку после наступления теплового равновесия (поглощение=излучению) дальнейшее ускорение СП противоречило бы Второму закону Термодинамики и Теореме Карно...

Согласимся если скорость СП будет расти при тепловом равновесии то возникает противоречие со Вторым Законом Термодинамики и Теоремой Карно ибо полученая механическая энергия СП возникает без затрат на нагревание. Что означает КПД 100%.

А в случае если выше сказаное правильно и Солнечный Парусник не полетит т. е. ускорение от “давления света” будет равно нулю, то здесь возникает противоречие с ЗСИ!

Одновременное соблюдение ЗСИ и ЗСЭ в Солнечном Паруснике невозможно.
Другой пример, опыт Комптона прямой и обратный.
Прямой Комптон. Фотон при рассеянии на электроне увеличивает энергию электрона.
Вопрос №1. Энергия или часть энергии фотона поглощенная электроном после рассеяния в дальнейшем составляет энергию электрона? И при всех дальнейших взаимодействиях энергия электрона равна Ер = Е + hv.
Ер - энергия рассеянного электрона.
Е – энергия электрона до рассеяния фотона
hv – энергия фотона поглощенная электроном, равная энергии потерянной фотоном
Т. е. поглощенная энергия входит в область энергетического образования связаного с формированием свойств электрона (массы, заряда, магнитного момента и т. п.). Т. е. электрон поглотивший фотон энергичнее покоящегося.
В случае рассеяния фотона без изменения частоты энергия электрона равна Ер = Е а энергия рассеянного фотона hv = hv

Обратим внимание что при отражении от зеркала энергия фотона не меняется hv = hv, это означает что электрон участвовавший в “отражении” также не изменил собственной энергии.
Что касается Доплера, то при наличии относительной скорости источника света и зеркала, на зеркало действительно падает красный свет, но такой же красный свет и отражается. А для сохранения ЗСЭ необходим остаток, что бы возникла некоторая дельта (hv) именно при отражении, а не покраснение поглощенного и отраженного света в виду наличия относительной скорости.

Вопрос №2. Как может зеркало изменить скорость если каждый электрон не изменил энергии.

(Мы знаем про опыт Лебедева и ЗСИ, но пытаемся понять физику явления


Вот ссылка на статью о паруснике. Проблема есть.
http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/5693.html

[Jnrty]

[mod="Jnrty"]Почему эта тема попала в раздел "Дискуссионные темы (М)"? Переношу в раздел "Дискуссионные темы (Ф)".[/mod]

bykovsky писал(а):

Мы знаем про опыт Лебедева и ЗСИ, но

не понимаем, что означают законы сохранения энергии и импульса и не умеем решать задачи с помощью этих законов.

[bykovsky]

А по существу есть только одно возражение к проблеме энергии возникающей из ни откуда.

////Остроумное указание на то что. У фотона меняется частота и отражённый фотон "краснеет"./////

Но заметим зеркало отражает тот свет который падает. Если зеркало удаляется от источника света и свет на зеркало падает красный (эффект Доплера) то и отражается тот же красный свет.

Квантовые переходы в момент поглощения и излучения не имеют протяженности или “протяжки”. Процесс поглощения и отражения происходит как одно действие. На практике это подтверждается тем что мы видим в зеркале и в оригинале одно и то же изображение. Тогда как заведомо наше зеркало имеет скорость (и мы сами) относительно Солнца. Но, здесь есть нюансы которые подробно рассмотрены в ссылке.
А вообще разговор не о нюансах и мелочах связанных с покраснением или посинением света в момент поглощения и возможности наличия “отдачи” и соответственно якобы микроскопического остатка связанного с данным микроскопическим покраснением (Относительной скорости в начальный момент вообще нет. А именно этот момент когда СП находится близко от Солнца и имеет значение.).

Тогда как разрабатывая Солнечный Парусник инженеры рассчитывают получить энергию из закона сохранения импульса (ЗСИ), а это не та мелочь с покраснением фотонов при отражении от убегающего зеркала, а удвоенный импульс отраженного фотона! Именно об удвоенном импульсе и идет речь.


По проблеме сказать что то можете?..
Начальный момент.
Электрон поглотил фотон затем электрон излучил тот же фотон или фотон с той же энергией и ни какой энергии в итоге не оставил! А кинетическая энергия СП должна измениться?

1. Фотон при отражении может изменить частоту (поменять цвет) или даже поглотиться в таком случае отражающая-поглощающая поверхность, цветная, серая или черная, но не зеркало.
Полное или частичное поглощение энергии света (поглощение hv или дельта hv) не зависит от того закреплено зеркало или свободно парит, летит на встречу свету или от него. Поглощение свойство материала поверхности зеркала.

Тогда как идеальное или любое зеркало отражает свет на 100% или для обычного зеркала 99%. Но в обоих случаях частота отраженного света не меняется. Какой свет пришел такой зеркало и отразило. Красный свет или желтый здесь имеет значения только с точки зрения сложности изготовления зеркала, (проблемы для изготовления зеркала для отражения света с большой длиной волны, инфракрасный свет).
Утверждать что подвешенное на ниточке зеркало или в состоянии невесомости изменит цвет отраженного фотона это входить в противоречие с тем что есть. И если бы дело было в цвете отраженного света то изначально применялась бы цветная отражающая поверхность а не зеркальная.

Интересно другое. Возьмем например поглощение фотона электроном (в составе атома).
При поглощении фотона электрон переходит в возбужденное состояние (переходит на более высокую орбиту). При излучении возвращается в обратное состояние. После излучения состояние электрона тоже самое что и до поглощения.
Тем не менее фотон не пролетел мимо зеркала он отразился от атома зеркала, и как видим не изменил энергии hv = hv. И согласно баланса или закона сохранения энергии не может измениться энергия электрона в составе атома или самого атома.
Откуда возьмется энергия для увеличения кинетической энергии всего зеркала?

Второй интересный вопрос прямо касающийся всей проблемы.

2. Где находится фотон при поглощении атомом. Понятно что электрон в возбужденном состоянии перешел на более высокую орбиту. С электроном все ясно.
Вопрос где находится фотон?

[Someone]

bykovsky писал(а):

Но заметим зеркало отражает тот свет который падает.

Зеркало с бесконечной массой.
А если масса зеркала конечная, то частота фотона уменьшается.
Записываем законы сохранения (предполагаем, что все скорости направлены вдоль одной прямой, положительное направление скорости совпадает с направлением распространения фотона до отражения). Обозначения: $v_0$ - скорость зеркала до падения фотона, $v_1$ - после его отражения, $\nu_0$ - частота фотона до падения на зеркало, $\nu_1$ - после отражения.

$$\begin{cases}\frac{mc^2}{\sqrt{1-\frac{v_0^2}{c^2}}}+h\nu_0=\frac{mc^2}{\sqrt{1-\frac{v_1^2}{c^2}}}+h\nu_1\text{,}\\ \frac{mv_0}{\sqrt{1-\frac{v_0^2}{c^2}}}+\frac{h\nu_0}c=\frac{mv_1}{\sqrt{1-\frac{v_1^2}{c^2}}}-\frac{h\nu_1}c\text{.}\end{cases}$$

Решая эту систему, найдём

$$\nu_1=\frac{\left(1-\frac{v_0}c\right)\nu_0}{\left(1+\frac{v_0}c\right)+\frac{2h\nu_0}{mc^2}\sqrt{1-\frac{v_0^2}{c^2}}}<\nu_0\text{.}$$

bykovsky писал(а):

Тогда как разрабатывая Солнечный Парусник инженеры рассчитывают получить энергию из закона сохранения импульса

Не надо приписывать инженерам всякую чушь.

bykovsky писал(а):

Где находится фотон при поглощении атомом. Понятно что электрон в возбужденном состоянии перешел на более высокую орбиту. С электроном все ясно.
Вопрос где находится фотон?

Нигде. Он поглотился, и его больше нет.

bykovsky писал(а):

Электрон поглотил фотон затем электрон излучил тот же фотон или фотон с той же энергией

Как правило, энергия излучённого фотона меньше, чем поглощённого (если атом, в состав которого входит электрон, в промежутке между поглощением и излучением фотона ни с чем не взаимодействовал). Свободный электрон не может поглотить или излучить фотон, возможно только рассеяние. При этом энергия фотона уменьшается.

bykovsky писал(а):

Если учесть что массы не равны то ЗСЭ как фундаментальное свойство не соблюдается, а является только бапансом энергии в отдельно взятой ИСО.

Закон сохранения энергии формулируется для "одной отдельно взятой ИСО", плюс правила пересчёта при переходе в другую ИСО.

bykovsky писал(а):

Более того ускорение СП должно быть только в момент нагревания зеркала.

Энергия, потраченное на нагревание - это потерянная энергия. Если тело движется навстречу фотону, то при поглощении фотона прирост тепловой энергии будет больше энергии фотона, а тело затормозится; если фотон догоняет тело, то прирост тепловой энергии будет меньше энергии фотона, а тело ускорится.

bykovsky писал(а):

Согласимся если скорость СП будет расти при тепловом равновесии то возникает противоречие со Вторым Законом Термодинамики и Теоремой Карно ибо полученая механическая энергия СП возникает без затрат на нагревание. Что означает КПД 100%.

КПД 100% - это следствие идеализации, при которой зеркало рассматривается как одна "частица" - абсолютно твёрдое тело. Термодинамика возникает при рассмотрении зеркала как совокупности большого числа частиц, и в этом случае оно действительно будет нагреваться.

bykovsky писал(а):

При условии ускорения СП должно произойти изменение кинетической энергии СП для чего необходимо поглощение энергии света. Иначе кинетическая энергия СП возникала бы из ничего.

Не из "ничего", а из энергии фотона.

bykovsky писал(а):

Обратим внимание что при отражении от зеркала энергия фотона не меняется hv = hv

Как показано выше, меняется.

[bykovsky]

Зеркало полетит если было неподвижно относительно источника света?

/// А если масса зеркала конечная, то частота фотона уменьшается.///

А где в Вашем уравнении масса зеркала? m это что?


bykovsky писал(а):
Тогда как разрабатывая Солнечный Парусник инженеры рассчитывают получить энергию из закона сохранения импульса.

(Ответ) Someone
Не надо приписывать инженерам всякую чушь.


Теперь подставьте в уравнения следующие условия.
Начальная скорость ноль. Зеркало и источник света это Солнце неподвижны. Зеркало на круговой орбите.
Приведенная масса зеркала 1 грамм на квадратный метр.
Площадь 1 м2, масса 0.001 кг.
Год это 31 *10^6 c. Давление солнечного света примем равным 0.0000043 Н/м2. Энергия солнечного света на орбите Земли 1.4 *10^3 Вт/м2*с.
Орбита СП круговая. Радиус орбиты астрономическая единица. Система отсчета Солнце.
Сколько ускорение СП? Какая получится скорость СП в течении года?

Даже учитывая полную энергию поглощения hf, скорость СП не велика.
Если считать энергию от дельта f, то это едва наблюдаемое явление. А не Солнечный парусник который умчится к звездам.

Теперь самое главное. Как Вы объясните опыт Лебедева??
Напомню в опыте Лебедева зафиксировано вращение в направлении зеркала, а не черного. В опыте Лебедева мпульс полученный от отражающего (зеркало) превышает импульс от черного (полное поглощение).
Это основано на ЗСИ и удвоеном импульсе при отражающей поверхности.
Выше сказанное (чушь). Требует пояснений.

PS
Хотя в связи с выше сказаным это уже пустяки, тем не менее.
/// Термодинамика возникает при рассмотрении зеркала как совокупности большого числа частиц, и в этом случае оно действительно будет нагреваться.///

Зеркало будет нагреваться до термического равновесия.
Когда поглощение = излучению зеркало перестанет нагреваться.
Теорема Карно справедлива как для холодного так и для горячего зеркала.
Тогда как из выше сказанного Вами следует, что нагретое зеркало будет превращать падающий свет в механическую энергию на 100% (если конечно зеркало действительно способно ускоряться после достижения термического равновесия).
Явное противоречие с Теоремой Карно.
Согласно которой (ТК) орячее зеркало не может поглощать фотоны и увеличивать только механическую энергию (кинетическую энергию). Это вывод на основании Теоремы Карно.

[photon]

[mod="photon"]bykovsky, оформите все цитаты в Ваших сообщениях, используя тег quote. Возникнут вопросы - любому модератору в личку[/mod]

[Developer]

bykovsky писал(а):

Зеркало полетит если было неподвижно относительно источника света?

Когда-то ещё Максвелл заметил, что "в среде, в которой распространяется волна, появляется в направлении её распространения давящая сила, которая во всякой точке численно равна количеству находящейся там энергии, отнесённой к единице объёма". Было это в 1873 году, а "давящие силы" являются нам в виде пондеромоторных сил в магнитно- или электрически-поляризованной среде.
Потом в 1876 году Бартоли независимо от Максвелла и совершенно иным (скорее термодинамическим, нежели электромагнитным) способом вычислил величину давления лучей света на зеркало, получив тождественный с Максвеллом результат $p=\frac{E}{v}(1+\rho)$, где Е - мощность падающей энергии, v - скорость распространения луча, коэффициент "ро" имеет значение между 0 (для абсолютно чёрной) и 1 для абсолютно отражающей поверхности.

Так, лучи Солнца, падая нормально к плоской поверхности в 1 кв. м производят давление величиной порядка милиграмм.
Вот и подсчитайте, какой величины должен быть солнечный парус, чтобы скомпенсировать гравитационное притяжение светила на тело массой хотя бы килограмм...

[Someone]

bykovsky писал(а):

Зеркало полетит если было неподвижно относительно источника света?

В предыдущем сообщении я написал выражение для частоты фотона после отражения от зеркала. Видно, что если $v_0\geqslant 0$ и $\nu_0>0$, то $\nu_1<\nu_0$, так как

$$\nu_1-\nu_0=-\frac{2\nu_0\left(\frac{v_0}c+\frac{h\nu_0}{mc^2}\sqrt{1-\frac{v_0^2}{c^2}}\right)}{1+\frac{v_0}c+\frac{2h\nu_0}{mc^2}\sqrt{1-\frac{v_0^2}{c^2}}}<0\text{,}$$

то есть, частота и энергия отражённого фотона меньше частоты и энергии падающего фотона. Выражение для скорости зеркала следующее:

$$v_1=\frac{v_0+c\left(\frac{2h\nu_0}{mc^2}\left(1-\frac{v_0}c\right)\sqrt{1-\frac{v_0^2}{c^2}}-\frac{2h^2\nu_0^2}{m^2c^4}\left(1-\frac{v_0^2}{c^2}\right)+\frac{4h^4\nu_0^4}{m^4c^8}\left(1-\frac{v_0}c\right)^2\right)}{1-\frac{4h^2\nu_0^2}{m^2c^4}\frac{v_0}c\left(1-\frac{v_0}c\right)+\frac{4h^4\nu_0^4}{m^4c^8}\left(1-\frac{v_0}c\right)^2\right)}$$

Если $v_0=0$, то, как легко видеть, $v_1>0$. Вообще, если $-c<v_0<c$ и $\nu_0>0$, то

$$v_1-v_0=\frac{c\frac{2h\nu_0}{mc^2}\left(1-\frac{v_0}c\right)\left(\sqrt{1-\frac{v_0^2}{c^2}}-\frac{h\nu_0}{mc^2}\left(1-\frac{v_0}c\right)\left(1+\frac{2v_0}c\right)+\frac{2h^3\nu_0^3}{m^3c^6}\left(1-\frac{v_0}c\right)^2\right)}{1-\frac{4h^2\nu_0^2}{m^2c^4}\frac{v_0}c\left(1-\frac{v_0}c\right)+\frac{4h^4\nu_0^4}{m^4c^8}\left(1-\frac{v_0}c\right)^2\right)}>0\text{,}$$

то есть, скорость зеркала после отражения фотона всегда больше, чем до отражения (напомню, что положительным направлением считается направление распространения фотона до отражения от зеркала).

bykovsky писал(а):

А где в Вашем уравнении масса зеркала? m это что?

Это она самая и есть.

bykovsky писал(а):

Начальная скорость ноль. Зеркало и источник света это Солнце неподвижны. Зеркало на круговой орбите.

Извините, но "начальная скорость ноль" и "зеркало на круговой орбите" - это совершенно не одно и то же. И, разумеется, нужно учитывать гравитацию. Движение солнечного парусника на орбите хорошо разобрано в книге

В.В.Белецкий. Очерки о движении космических тел."Наука", Москва, 1972.

Цитата:

Тогда как из выше сказанного Вами следует, что нагретое зеркало будет превращать падающий свет в механическую энергию на 100%

Не следует. Нагретое зеркало излучает, и это излучение уносит часть энергии.

Вообще, идея у Вас замечательная: опровергать экспериментально установленные факты. Я бы не стал этого делать, чтобы не выглядеть в глазах всех дураком. Вы же не думаете, что после Лебедева никто его опыты не проверял?

[bykovsky]

Опыт Лебедева проверяли многократно?
В опыте Лебедева вертушка крутиться в направлении зеркала?
Тогда прокомментируйте слово (чушь) сказанное Вами выше в адрес инженеров пытающихся получить энергию парусника из ЗСИ и вытекающего отсюда удвоенного импульса передаваемого фотоном при отражении от зеркала.
Почему нет комментария??

Опыт Лебедева ни кто не отрицает.
Мы анализируем физическое явление на соответствие математическому описанию.

В приведеной в первом топике ссылке указан мысленный опыт с оптическим резонатором (резонатор Фабри-Перо).
Напомню. Необходимо просчитать баланс энергии полученной при отражении фотона 10^3 раз между двумя свободно расположенными зеркалами.

Теперь если расчет вести через дельта частоту то баланс сойдется.
Но, баланс суммы всех дельта потерянных при каждом отражении означает ни что другое как полное поглощение фотона. Энергия фотона переданная через поглощение это черное тело.
Тогда как объяснить опыт Лебедева?

Если считать энергию через переданный удвоенный импульс, то как получить баланс энергии?

[photon]

bykovsky писал(а):

В опыте Лебедева вертушка крутиться в направлении зеркала?

в направлении от отражающей к поглощающей стороне лепестков

bykovsky писал(а):

Если считать энергию через переданный удвоенный импульс, то как получить баланс энергии?

У попа была собака... и так 20 раз по кругу

[Someone]

bykovsky писал(а):

Опыт Лебедева проверяли многократно?
В опыте Лебедева вертушка крутиться в направлении зеркала?
Тогда прокомментируйте слово (чушь) сказанное Вами выше в адрес инженеров пытающихся получить энергию парусника из ЗСИ и вытекающего отсюда удвоенного импульса передаваемого фотоном при отражении от зеркала.
Почему нет комментария??

Слово "чушь" было сказано вовсе не в адрес инженеров. Перечитайте http://dxdy.ru/viewtopic.php?p=110487#110487.

bykovsky писал(а):

Опыт Лебедева ни кто не отрицает.
Мы анализируем физическое явление на соответствие математическому описанию.

В двух предыдущих сообщениях я привёл математическую модель. Физическое явление ей вполне сответствует. Если Вы в этой модели чего-то не поняли, переспросите, я объясню.

bykovsky писал(а):

В приведеной в первом топике ссылке указан мысленный опыт с оптическим резонатором (резонатор Фабри-Перо).
Напомню. Необходимо просчитать баланс энергии полученной при отражении фотона 10^3 раз между двумя свободно расположенными зеркалами.

Я выше привёл формулы для одного отражения. Если Вам очень хочется, можете применить их $10^3$ раз, мне недосуг этим заниматься.

bykovsky писал(а):

Теперь если расчет вести через дельта частоту то баланс сойдется.
Но, баланс суммы всех дельта потерянных при каждом отражении означает ни что другое как полное поглощение фотона. Энергия фотона переданная через поглощение это черное тело.
Тогда как объяснить опыт Лебедева?

Я Вам уже об этом писал. Та часть энергии фотона, которая превращается в тепло, никакого отношения к ускорению зеркала не имеет. Это потерянная энергия.

bykovsky писал(а):

Если считать энергию через переданный удвоенный импульс, то как получить баланс энергии?

В двух предыдущих сообщениях я показал, как это делается. Там соблюдается и баланс энергии, и баланс импульса.

[bykovsky]

И все же, пожалуйста, не смогли бы Вы в качестве примера найти численный результат растояния на которое улетит и скорость зеркала, при площади 1м^2 и массе 0.001 кг за время один год (31*10^6с)? Давление света пожалуйста покажите сами, поскольку я не знаю численно насколько это маленькая величина при Факторе Лоренца единица (начальная скорость ноль) и отношении энергии фотона Wf=hf и полной энергии зеркала Wm=mc^2 при данном отношении равным Wf/Wm= 1/10^27.

Какая скорость зеркала получилась у Вас? Имеет смысл запускать такой аппарат?

Предположу что вопрос сложнее чем его представляют инженеры Солнечного Парусника.

В ссылке и везде на форумах в частности много раз на Новостях Космонавтики я писал, что ни какого полета СП по гиперболе, параболе или по спирали Архимеда не будет. Будет, круговая орбита постепенно переходящая в эллипс с постепенно возрастающим эксцентриситетом. То есть с возрастанием большой оси эллипса.

[Someone]

bykovsky писал(а):

И все же, пожалуйста, не смогли бы Вы в качестве примера найти численный результат растояния на которое улетит и скорость зеркала, при площади 1м^2 и массе 0.001 кг за время один год (31*10^6с)? ...

Я чуть выше дал ссылку на книгу:

В.В.Белецкий. Очерки о движении космических тел. "Наука", Москва, 1972.

Там есть расчёт движения солнечного парусника на околоземной орбите.

[REX]

Абстрактная тема топика явно не соответствует рассматриваемой конкретике.

Сколько бы конкретных примеров не было в ней рассмотрено, эта тема так и останентся не раскрытой.

Более того, даже сама формулировка топика представляет собой явное недоразумение. Точнее было ставить вопрос в форме "Закон сохранения энергии или априрная форма физического мышления?"