Сила и энергия

[Xey]

dante21 в сообщении #333744 писал(а):

Следовательно, вы считаете, что энергия в случае с вертолетом тоже уходит в тепло.
Чтобы уточнить это, я задал прямой вопрос "А вы считаете, его энергия уходит в тепло?"
Поскольку вы на этот вопрос не ответили, ваша позиция мне до конца не ясна.

Поток от лопастей вертолета со временем затормозится окружающим воздухом и его энергия перейдет в тепло.
Что будет импульсом этого потока подумайте сами.

[dante21]

Xey в сообщении #333762 писал(а):

Поток от лопастей вертолета со временем затормозится окружающим воздухом и его энергия перейдет в тепло.
Что будет импульсом этого потока подумайте сами.

А разве "торможение окружающим воздухом" - не совсем другой физический процесс, отделенный от рассматриваемого даже временем? Вы сами сказали "со временем затормозится".

Где переход энергии в тепло в основном процессе?

[Xey]

dante21 в сообщении #333766 писал(а):

А разве "торможение окружающим воздухом" - не совсем другой физический процесс, отделенный от рассматриваемого даже временем? Вы сами сказали "со временем затормозится".

Где переход энергии в тепло в основном процессе?

Глубоко копаете.

Энергия m*g*h тратится на разгон воды до скорости V (чтобы она имела импульс m*V). На неподвижном водяном колесе , если лопатки плоские эта вода разлетается в стороны с почти прежней скоростью и передает лопатке импульс F*t = m*V, потом падает вниз на h2 и там почти все m*g*(h+h2) выделяется в виде тепла.
Если лопатки закруглить вода будет вылетать в сторону или даже вверх с почти прежней скоростью. Будет подлетать почти на прежнюю высоту передавая лопатке импульс 2*m*V. На верху ее там можно перехватить. Но если колесо начнет крутится, скорость вылетающей воды будет уменьшаться и высота отскока воды уменьшится.

Водяное колесо делают для того, чтобы оно крутилось, поэтому скорость отскакивающей воды невелика и основная часть m*g*h идет на вращение колеса. Остальное теряется, превращаясь в тепло при падении воды в слив.

[dante21]

Xey в сообщении #333801 писал(а):

Глубоко копаете.

А как иначе?

Xey в сообщении #333801 писал(а):

Энергия m*g*h тратится на разгон воды до скорости V (чтобы она имела импульс m*V).

По-моему, начальными условиями вполне можно считать текущую воду, имеющую кинетическую энергию и, стало быть, импульс. Разбираться откуда взялась эта энергия - значит опять выйти в другой физический процесс. Колесо можно представить и просто погруженным в текущую воду. Главное - на входе кинетическая энергия.

Xey в сообщении #333801 писал(а):

На неподвижном водяном колесе

Вот здесь, собственно, и зарыта собака. Колесо только кажется неподвижным. Вас не настораживает, что вы не проводите разницу между тем, что вода падает, грубо говоря, просто на камень, лежащий на земле, или на конструкцию с подвешенным грузом?

Выше в теме это обсуждалось. Рекомендую обратить внимание на подход к динамическому равновесию через введение "дрожания". Иначе не увидеть, куда девается импульс воды.

Возможно этот подход неверен. Хочется аргументированной критики.

Задам четкий вопрос: Если вся кинетическая энергия движущегося тела переходит при столкновении в тепло, что происходит с импульсом? Разве он не передается тепловому движению?

[Xey]

dante21 в сообщении #333865 писал(а):

Задам четкий вопрос: Если вся кинетическая энергия движущегося тела переходит при столкновении в тепло, что происходит с импульсом? Разве он не передается тепловому движению?

Про дрожание кажется надуманным , все и так понятно импульс воды меняет направление на 90 или 180 градусов. При этом соответственно имеем силу F*t = m*V или F*t = m*V*2. Другое дело, что трудно избежать дрожания, при турбулентном течении воды.
Что-то было про груз на вытянутой руке, тоже надумано, мышца это как электромагнит, чтобы держать неподвижно все равно нужен ток.

Кинетическая энергия движущейся воды переходит при столкновении с землей в тепло (скорость падает почти до 0), а импульс передается земле .
Поставьте тазик на поверхность воды и полейте в него водички из шланга, горизонтально. В тазу водичка будет терять скорость (энергию) . А свой импульс она передаст тазику, он поплывет.

Тепловое движение хаотично , суммарный импульс 0 .

[dante21]

Xey в сообщении #333898 писал(а):

dante21 в сообщении #333865 писал(а):

Задам четкий вопрос: Если вся кинетическая энергия движущегося тела переходит при столкновении в тепло, что происходит с импульсом? Разве он не передается тепловому движению?

Про дрожание кажется надуманным , все и так понятно импульс воды меняет направление на 90 или 180 градусов. При этом соответственно имеем силу F*t = m*V или F*t = m*V*2. Другое дело, что трудно избежать дрожания, при турбулентном течении воды.
Что-то было про груз на вытянутой руке, тоже надумано, мышца это как электромагнит, чтобы держать неподвижно все равно нужен ток.

Кинетическая энергия движущейся воды переходит при столкновении с землей в тепло (скорость падает почти до 0), а импульс передается земле .
Поставьте тазик на поверхность воды и полейте в него водички из шланга, горизонтально. В тазу водичка будет терять скорость (энергию) . А свой импульс она передаст тазику, он поплывет.

Тепловое движение хаотично , суммарный импульс 0 .

Чтобы разобраться в физической сущности процесса, надо четко определить границы этого процесса и осознать его связи с другими процессами.

Есть "внешнее" движение тела, т.е. движение тела как одного целого относительно других тел. Такое движение характеризуется импульсом (назовем его импульсом внешнего движения или просто внешним импульсом). Это один физический процесс (П1).

И есть "внутреннее" движение молекул внутри тела - тепловое движение. Такое движение также характеризуется импульсом (назовем его импульсом внутреннего движения или просто внутренним импульсом). Это другой физический процесс (П2).
В этом случае речь идет об импульсе отдельной молекулы. А поскольку движение молекул внутри тела хаотично, суммарный импульс этого внутреннего движения не проявляется во внешнем движении тела.

Если энергия движения в рамках процесса П1 "переходит в тепло", значит она переходит из процесса П1 в процесс П2. В процессе П1 она "теряется".

Пример: двигаются навстречу друг другу два тела одинаковой массы с одинаковой скоростью.

Вариант 1: Тела рыхлые и липкие, при столкновении они полностью остановились, "слиплись". Внешний импульс полностью перешел во внутренний. Т.е. вся кинетическая энергия внешнего движения перешла в энергию внутреннего движения, т.е. "в тепло" (из процесса П1 в процесс П2).

Вариант 2: Тела идеальны, после столкновения отскочили друг от друга и продолжают двигаться с прежней скоростью, но в разные стороны (скорость поменяла знак). Внешний импульс сохранился полностью (тела "обменялись импульсом"). Вся кинетическая энергия осталась в процессе П1, "в тепло" ничего не перешло.

В случае водяного колеса и груза мы заменили воду на стальные шарики и выяснили, что, собственно, достаточно и одного шарика, вес которого равен весу груза (это все было выше в теме).

Кстати, наш процесс П1 (процесс внешнего движения) в ситуации с водяным колесом и грузом состоит, в свою очередь, еще из двух чередующихся процессов.

Процесс П1.1 - обмен импульсами между грузом и тем единственным шариком, который нам заменил воду.

Процесс П1.2 - Переход кинетической энергии груза в потенциальную и обратно, когда груз подскакивает в верх под действием импульса, переданного шариком, и опускается назад под действием гравитации.

Вывод: в процессе удержания груза (П1) перехода энергии в тепло нет. Из-за того, что это положение постоянно оспаривается, дискуссия все еще продолжается.

Последний пример. Есть такая игрушка, ее часто можно увидеть в кино на столах у крутых бизнесменов (может быть у кого-нибудь она есть дома). На рамке висит несколько металлических соприкасающихся шариков. Если крайний шарик отвести в сторону и отпустить, то получается забавный эффект (ради чего игрушка и была создана). Крайние шарики по очереди отскакивают в стороны, а средние неподвижны.

Эта игрушка превосходно иллюстрирует наш процесс П1 водяного колеса и груза. Там даже те же два процесса П1.1 и П1.2.

Так вот там тоже шарики прыгают не из-за того, что энергия переходит в тепло. Из-за того, что часть энергии в тепло все-таки переходит, шарики рано или поздно остановятся.

Совсем другая ситуация, когда человек удерживает груз. Но об этом - ниже в этом посте.

Xey в сообщении #333898 писал(а):

Про дрожание кажется надуманным

Аргументируйте, пожалуйста.

Xey в сообщении #333898 писал(а):

Другое дело, что трудно избежать дрожания, при турбулентном течении воды.

А вот это опять другой процесс и другое дрожание.

Еще раз. То "дрожание", о котором идет речь - искусственный прием (возможно спорный, почему мне и интересны аргументы против его применения), позволяющий нам перевести рассмотрение ситуации из области статики (простая формула третьего закона Ньютона здесь нам мало что дает для понимания) в область динамики и увидеть действие закона сохранения импульса.

Но это внешний импульс. Импульс в рамках процесса П1, а не внутренний (тепловой).

Xey в сообщении #333898 писал(а):

все и так понятно

Завидую. Я так уверенно сказать не могу, даже после всех выкладок.

Xey в сообщении #333898 писал(а):

Что-то было про груз на вытянутой руке, тоже надумано, мышца это как электромагнит, чтобы держать неподвижно все равно нужен ток.

А вот это другая ситуация. Она обсуждалась здесь.

Если человек держит груз, и мы применяем модель "дрожания", то, "укрупнив процесс", мы можем увидеть процесс удержания груза как его подбрасывание и ловлю. И вот когда человек ловит груз, кинетическая энергия груза действительно "переходит в тепло". Эта энергия уходит из процесса П1.

Человек тратит энергию дважды. Первый раз - на придание кинетической энергии при подбрасывании, второй - на перевод кинетической энергии в тепло при ловле. Здесь опять два процесса - механический (движение груза) и биохимический (человек).

Была предложена даже грубая формула для оценки энергии, затрачиваемой человеком.

Что касается электромагнита, это тоже отдельная тема. Еще интереснее ситуация с постоянными магнитами. Мне не дает покоя постоянный магнит, который уже два месяца висит над другим постоянным магнитом у меня дома. Он меня просто раздражает.

[Xey]

dante21 в сообщении #333999 писал(а):

А вот это другая ситуация. Она обсуждалась здесь.

Выше я приводил аналогию с электромагнитом , это почти тоже что и

Someone в сообщении #69392 писал(а):

Это вопрос не по физике. Это физиология, биохимия. Мышца тратит энергию на поддержание напряжённого состояния, а не на (механическую) работу.

dante21 в сообщении #333999 писал(а):

Вывод: в процессе удержания груза (П1) перехода энергии в тепло нет. Из-за того, что это положение постоянно оспаривается, дискуссия все еще продолжается.

Видимо оспаривается потому, что возможны варианты:
- в случае классического (мельничного) колеса с плоскими лопастями и небольшой скорости воды, много энергии (по отношению к энергии воды) теряется на трение воды о лопатку ( вода падает на середину лопасти , течет к краям и сливается в низ).
- в оптимизированной турбине, при правильной форме лопатки и большой скорость воды, потери на трение относительно общей энергии воды незначительны (струя воды отскакивает от колеса).

Воду можно заменить шариком падающим на нее с периодом t и отскакивающим на прежнюю высоту . При этом он передает лопатке импульс 2*m*V который уравновешивает импульс силы от груза F*t
(а если закрыть систему шарик-лопатка черным ящиком будет ясно, что он может и не прыгать, а просто лежать на лопатке)

О магните, висящим над другим магнитом..
Магнит (груз) подвешенный на ниточке, не менее удивителен, потому что природа сил взаимодействия атомов в ниточке такая же.

[dante21]

Xey в сообщении #334032 писал(а):

dante21 в сообщении #333999 писал(а):

Вывод: в процессе удержания груза (П1) перехода энергии в тепло нет. Из-за того, что это положение постоянно оспаривается, дискуссия все еще продолжается.

Видимо оспаривается потому, что возможны варианты:
- в случае классического (мельничного) колеса с плоскими лопастями и небольшой скорости воды, много энергии (по отношению к энергии воды) теряется на трение воды о лопатку ( вода падает на середину лопасти , течет к краям и сливается в низ).
- в оптимизированной турбине, при правильной форме лопатки и большой скорость воды, потери на трение относительно общей энергии воды незначительны (струя воды отскакивает от колеса).

Это опять не имеет отношение к процессу П1. Конструкция колеса или турбины определяет КПД (величину потерь), т.е. процесс П2.

Xey в сообщении #334032 писал(а):

Воду можно заменить шариком падающим на нее с периодом t и отскакивающим на прежнюю высоту . При этом он передает лопатке импульс 2*m*V который уравновешивает импульс силы от груза F*t
(а если закрыть систему шарик-лопатка черным ящиком будет ясно, что он может и не прыгать, а просто лежать на лопатке)

А вот это - оно, именно так. Вы практически процитировали то начало этого поста.

Xey в сообщении #334032 писал(а):

О магните, висящим над другим магнитом..
Магнит (груз) подвешенный на ниточке, не менее удивителен, потому что природа сил взаимодействия атомов в ниточке такая же.

Конечно. Просто взаимодействие двух магнитов (точнее результат взаимодействия) заметно не вооруженным глазом. Потому-то этот глаз и мозолит.

[Xey]

dante21 в сообщении #334042 писал(а):

Это опять не имеет отношение к процессу П1.

Процесс П1 однозначно описывается F = (m*V )/t.
Эта сила тянет колесо в одну сторон. Груз на веревочке силой M*g в другую.При равенстве сил колесо не крутится (если не крутилось до этого) .
И никаких вибраций.

Посмотрите на любое колесо, левая половина тянет его влево , правая вправо. Колесо неподвижно и не вибрирует.

[dante21]

Xey в сообщении #334057 писал(а):

dante21 в сообщении #334042 писал(а):

Это опять не имеет отношение к процессу П1.

Процесс П1 однозначно описывается F = (m*V )/t.

Вы процитировали фрагмент моего утверждения, что форма лопости колеса не имеет отношения к основному процессу (П1), а имеет отношение к процессу потерь энергии (П2).

В ответ вы начали описывать процесс П1. Я не понял логику. Вы оспариваете процитированное утверждение или нет? Или ваши слова не относятся к процитированному утверждению?

Xey в сообщении #334057 писал(а):

Процесс П1 однозначно описывается F = (m*V )/t.
Эта сила тянет колесо в одну сторон. Груз на веревочке силой M*g в другую.При равенстве сил колесо не крутится (если не крутилось до этого) .
И никаких вибраций.

Вот мы и вернулись к тому, с чего начали.

Вы свели задачу к статике, к действию статических сил и третьего закона Ньютона. Но тема не случайно называется "Сила и энергия".

Статистика = Нет движения = Нет энергии. Т.к. энергия - мера количества движения.

Глядя на ваше представление задачи, что можно сказать о кинетической энергии воды?

И главное - где здесь у вас действие закона сохранения импульса, если скорость у вас только с одной стороны?

[Xey]

dante21 в сообщении #334073 писал(а):

Или ваши слова не относятся к процитированному утверждению?

Не относятся

dante21 в сообщении #334073 писал(а):

Глядя на ваше представление задачи, что можно сказать о кинетической энергии воды?

И главное - где здесь у вас действие закона сохранения импульса, если скорость у вас только с одной стороны?

Кинетическая энергия воды не меняется, меняется ее импульс (по направлению).
"скорость у вас только с одной стороны?" Если имеете в виду в формуле, то посмотрите в учебнике.

[dante21]

Xey в сообщении #334098 писал(а):

Кинетическая энергия воды не меняется, меняется ее импульс (по направлению).
"скорость у вас только с одной стороны?" Если имеете в виду в формуле, то посмотрите в учебнике.

Не в формуле, а в вашем представлении задачи. Вода движется, а груз неподвижен. Вы сами сказали:

Xey в сообщении #334057 писал(а):

И никаких вибраций.

[Xey]

dante21 в сообщении #334450 писал(а):

Не в формуле, а в вашем представлении задачи. Вода движется, а груз неподвижен.

Посмотрите в учебнике как m*V преобразуется в F*t .
(а помните, в детстве крутили мячик на резинке , с одной стороны натяжение резинки, а с другой изменение направления скорости мячика) .

[Васятка]

arseniiv в сообщении #331943 писал(а):

Когда вы сыплете песок на обе чаши весов, работы не совершается, потому что силы, приложенные к плечам весов, равны (раз они в равновесии), а кинетическая энергия песка в этом случае переходит в тепловую (в конечном итоге, сколько бы песчинки не чашах подскакивали). Итого: притока энергии нет, работы тоже нет.

Ну, а если песка насыплется столько, что коромысло весов хрясь... Так что с выводами относительно отсутствия работы в системе Вы не правы, а в физике действительно не всё в порядке с подходами. В угоду математике приносят в жертву физический смысл процесса. Сила есть производная от взаимодействия двух потоков энергии, а всякие приводимые в учебниках зависимости от расстояния и прочих моментов носят вторичный характер. Но для упрощения расчётов зависимость от энергии просто опускается.

[PapaKarlo]

Васятка в сообщении #336686 писал(а):

... в физике действительно не всё в порядке с подходами.

Действительно, не все в порядке. Подходы, используемые в физике, не понятны без изучения физики. Это просто безобразие! Давно пора изменить физические подходы так, чтобы они были понятны каждому. Буквально каждому. И наступит всеобщее хвизическое щасте...

Васятка в сообщении #336686 писал(а):

В угоду математике приносят в жертву физический смысл процесса. Сила есть производная от взаимодействия двух потоков энергии...

Ага, производная - это не из математики, это из справочника по физике для студентов педагогических ВУЗов. Вот там-то физический смысл и зарыт, а мы тут все маемся.

Правда, про "взаимодействие двух потоков энергии" и там почему-то ничего нет...

Васятка в сообщении #336686 писал(а):

Но для упрощения расчётов зависимость от энергии просто опускается.

Во как: для упрощения расчетов. Т.е. либо упрощение приемлема, т.к. не вносит недопустимо большой ошибки, либо все расчеты - туфта.

Впрочем, я поверю, что у некоторых все расчеты - туфта, т.к. некоторые вряд ли приведут даже формулы для расчета "взаимодействия двух потоков энергии", не говоря уже об описании опыта для проверки этих расчетов и тем более о результатах подобных опытов. Или я ошибаюсь, Васятка?

dante21 в сообщении #334073 писал(а):

Статистика = Нет движения = Нет энергии. Т.к. энергия - мера количества движения.

Наверное, статика.

Рассуждение "Нет движения = Нет энергии" неверно. Верно приблизительно так: "Нет движения = нет кинетической энергии".

Далее, "энергия - мера количества движения" - неудачное использовние терминологии, поскольку часто под количеством движения понимают импульс.

А вообще-то для темы "Сила и энергия" рекомендую топикстартеру прочесть ЛЛ, том 1 "Механика", первые две главы.