Из дома реальности легко забрести в лес математики,
но лишь немногие способны вернуться обратно.
Хуго Штейнхаус.
Математик всегда начинает считать, не успев подумать. А мы подумаем. И лучше всего думается тогда, когда ты берёшь единственный чистый лист самой дорогой бумаги, бережно кладёшь его перед собой и начинаешь в уме составлять для хороших людей простой и логичный трактат к познанию. Задумавшись, ты никогда не знаешь – каким будет и куда приведёт этот путь в этот раз. Но всегда точно знаешь, что приведёт, что время в пути будет потрачено не напрасно, ведь путь трактата - это путь поиска истинной простоты. Пусть сегодня это будет…
Трактат «О потоках»
Аксиома 1. «Невесомые вещества – это хаосы» (Левкипп и Демокрит).
Самый яркий пример невесомого хаоса – это удалённая от поверхности плазменная атмосфера Солнца. Температура в солнечной короне примерно в тысячу раз больше, чем на поверхности самого Солнца. Но даже не все плазмы – невесомые хаосы: «неорганизованная» плазма – это всем хаосам хаос; а «самоорганизаванная» плазма – совсем не хаос.
Такая «организованная» плазма возникает только под давлением и в замкнутых объёмах, а состоит она из равноудалённых и почти неподвижных частиц. Эта плазма может напряжением взаимного отталкивания всех своих равноудалённых частиц разорвать любые оболочки или своим направленным действием пробить любую броню. Явление «мгновенной самоорганизации высокотемпературной плазмы» было открыто Борисом Кадомцевым в 87-м году в экспериментах на токамаке Т-10, а инженеры это явление знали давно.
Водяной пар – это, конечно, не плазма. Однако только напряжением взаимного отталкивания равноудалённых частиц очень сильно перегретого пара могло сорвать крышку прямоточного котла-реактора на четвёртом энергоблоке Чернобыльской АЭС в 1986 году. Причиной этой аварии стало кратковременное (5 секунд) прекращение циркуляции теплоносителя и тепловой резонанс ("саморазогрев") топлива. Возобновление подачи воды привело к мощному парообразованию ("самопроизвольному повышению мощности реактора") и к "тепловому взрыву". Каждый кочегар знает: таким способом можно взорвать любой котёл - хоть паровой, хоть водогрейный. А вывод из первой аксиомы у нас такой: коль уж высокотемпературные плазмы и пары способны к самоорганизации, то сдавленные холодные жидкости и газы – тем паче.
Аксиома 2. «Все жидкости и газы на Земле имеют вес и находятся под давлением веса собственных и выше расположенных слоёв» (Архимед).
Древнегреческие философы-атомисты Левкипп и Демокрит, как и все прочие древние люди, считали воздух невесомым веществом. «Воздух» - это невидимый, невесомый и дающий жизнь (дух), который везде, которого много (воз). Поэтому они и дали ему научное название «хаос» или «газ»: мол, если нет веса у беспорядочно мечущейся частицы, то нет его и у хаоса. Но им бы и в голову не пришло приписать к хаосам и воду, как это сделали после них математики, придумавшие кинетическую теорию давления и теплоты.
Архимед в ярком луче солнечного света, проникшем в тёмное помещение через узкую щель, увидел сверкающие частицы. Конечно, это были «малые твёрдые тела» - частицы обычной пыли, которые плавали в воздухе, как частицы мути – в воде. "Эврика! И у воздуха есть вес! Воздух – это не хаос!". Но, возможно, это только легенда. Галилей первым увидел с помощью рычажных весов, что у воздуха действительно есть вес, а его ученик Торричелли это окончательно доказал с помощью изобретённого им ртутного барометра. Теперь все знают, что столб атмосферы с основанием в 1см2 над уровнем моря весит 1,0033 килограмм.
Аксиома 3. Все прозрачные жидкости и газы состоят из примерно одинаковых, равноудалённых и относительно неподвижных (колеблющихся или дрожащих) частиц, находящихся в состоянии взаимного отталкивания и относительного (или чуткого) равновесия и взаимно отталкивающихся в газах на расстояниях много больших, чем в жидкостях.
О сдавленных, одинаковых и относительно неподвижных частицах в жидкостях говорит Архимед в «Книге 1». А вы, уберите-ка атмосферное давление, и капля воды тут же исчезнет, разлетевшись на молекулы, а аквариум с водой словно взорвётся. И повинно в этом будет как раз-таки то самое «напряжение взаимного отталкивания равноудалённых частиц», о котором говорилось выше. А у хаоса не может быть ни сколь-нибудь существенного веса, ни давления. Кроме того, хаосы ещё и непрозрачны ни для звука, ни для электромагнитных колебаний. К примеру, "неорганизованная" плазма, окружающая гиперзвуковую ракету, не пропускает командные радиоимпульсы.
Способность атомов и молекул к движению взаимного отталкивания пропорциональна их температуре, то есть интенсивности атомных и внутриатомных движений. Колеблющиеся атомы и молекулы отталкиваются друг от друга не одноимёнными электрическими зарядами или их полями, а квантовой определённостью или «преимущественностью» своих поступательных импульсов. А температура – это и есть «опосредованное мерило» интенсивности колебательных движений равноудалённых частиц и их гравитационных моментов (квантов), передающихся от атома к атому путём индукции. У более возбуждённых атомов эти моменты больше, а у «менее горячих" - меньше. Этими моментами (или квантами, тепловыми импульсами) атомы дёргают друг друга, словно побуждая к синхронности и равновесию, и так осуществляется индукционный теплообмен - как в природе, так и в гравитационной физике.
Аксиома 4. Давление в любой точке естественной водной или воздушной среды равно напряжению взаимного отталкивания равноудалённых частиц в этой точке, и по силе оно равно весу всех частиц над этой точкой.
Про давление в воде и в других жидкостях примерно так и говорил Архимед в своей «Книге 1». На уровне моря давление атмосферы и в атмосфере равно примерно 1 кг/см2, а на глубине моря в 10 метров оно уже в два раза больше. На каждые 10 метров глубины прибывает ещё по одной атмосфере.
Аксиома 5. Поток воды или воздуха в сдавленных и упругих средах можно создать двумя противоположными способами – локальным (или местным) повышением давления или локальным понижением его. При этом любой поток всегда движется в сторону меньшего давления. Отсюда: чем большую разницу или перепад давления мы имеем или создаём, тем больше и скорость потока, и падение давления в нём.
Это знают даже птицы: певчие птички издают свисты и трели, усилием мышц увеличивая объём грудной клетки, и сдавленный воздух сам со свистом врывается в их горловые резонаторы, а врановые буквально выдавливают из себя своё карканье. Инженеры тоже знают о том, что есть существенная разница в том, каким способом создаётся поток в трубах – путём прокачивания или путём откачивания.
Теорема 1. Давление потока на параллельную ему поверхность всегда несколько меньше давления в самом потоке, а давление потока на перпендикулярную ему поверхность всегда несколько больше давления в потоке.
Во многих опытах к теме «Закон Бернулли» потоки движутся вдоль поверхностей. Даже если поток плавно огибает выгнутую поверхность, он движется параллельно ей. Так что, эту теорему, казалось бы, уже можно записать в аксиомы. Но вот когда объясним причину этого явления, тогда и запишем. А пока посмотрите на картинку вверху.
На ней вы можете видеть три простейших трубчатых манометра. Вопрос: что они измеряют – давление потока или давление в потоке?.. Каждый хороший инженер скажет, что эти манометры измеряют именно давление потока, так как для измерения давления в самом потоке манометр должен находиться внутри потока и двигаться вместе с ним. Иного тут не дано. Но такого прибора нет на рисунке.
Нет на рисунке и трубки Пито, с помощью которой можно измерить давление потока на перпендикулярную ему поверхность или «скоростной напор». «Трубка Пито» - это тоже в те годы лишь разновидность простейшего трубчатого манометра, но только трубка эта не прямая, а Г-образной формы, которую вставляют в середину трубы загнутым концом навстречу потоку. Трубка Пито всегда показывает большее давление, чем «трубки у Бернулли», и большее давление, чем в самом потоке. Это очевидно.
А вот третьего прибора и третьего измерения – измерения давления в самом потоке – нет в опытах Бернулли. Так что, утверждение «С увеличением скорости потока давление внутри потока всегда уменьшается» является умозрительным и голословным. Поэтому ни один толкователь опытов Бернулли так и не научился отличать "давление в потоке" от "давление потока".
Теорема 2. Давление потока на параллельную ему поверхность всегда тем меньше давления в самом потоке, чем больше скорость самого потока и чем больше хаос в движении частиц пограничного слоя потока.
Это уже настоящий физический закон, в котором обозначены две причины уменьшения давления потока на поверхность – скорость потока и хаос в пограничном слое потока. Причём этот закон работает как при прокачивании потока по трубе, так и при откачивании жидкости или газа по трубе. Однако инженеры знают, что эффекты «эжекции» (это вдавливание жидкости или газа извне в пограничный слой потока) и «инжекции» (это самопроизвольный впрыск в разреженный поток) возникают только при откачивании или просасывании потока по трубе. А также они знают, что если поток в трубе высокого давления резко остановить, трубу может даже разорвать.
Однако давление внутри потока по-прежнему не измерено, а хаос в движении частиц пограничного слоя потока увидеть нельзя… Нет, уже можно.
Теорема 3. Давление потока на неатакующий беспрофиль (то есть на плоское и тонкое, как бритва, крыло параллельное вектору потока) всегда меньше сверху и больше снизу, если верхняя поверхность крыла испещрена мельчайшими неровностями, а нижняя – максимально гладкая.
Эту теорему-закон давно знает сама Природа, и уже знают инженеры. Посмотрите на расправленное крыло любой птицы: верхняя поверхность крыла всегда бархатистая и может играть всеми цветами радуги, что физику говорит о дисперсии света на мельчайших неровностях, а нижняя всегда плотная, гладкая и со стальным отливом. Посмотрите на современный пассажирский «Боинг»: сверху он матовый и как бы слегка шероховатый, а снизу гладкий и зеркально блестящий. Пусть той разницы в атмосферном давлении на крыло, которая создаётся только различием в качестве покрытий противоположных аэродинамических поверхностей крыла, и не достаточно для полёта божьей твари или самолёта, она позволяет летать на меньших углах атаки, то есть с меньшим лобовым сопротивлением, экономя силы и топливо. Инженеры Боинга говорят, что за счёт такого качества аэродинамического покрытия уже экономят до 7-ми процентов топлива, а это огромные деньги.
Важный момент: неатакующий беспрофиль не изменяет давление в набегающем потоке, но очень чутко реагирует на изменения давления потока на параллельные ему поверхности. И вообще, беспрофильное крыло с различным качеством покрытия аэродинамических поверхностей - это очень красивая находка и Природы, и инженеров. Впрочем, и моя – тоже, ведь «беспрофиль» - это, вообще-то, чисто мой термин… и деталь в моём измерителе давлений в потоках.
На совершенно плоских крыльях летали не только первые насекомые, но и огромные птеродактили. А вот птицам своим Природа такие крылья дать не смогла. Но теперь-то мы знаем, что беспрофиль – это идеальный аэродинамический профиль крыла на все оставшиеся времена, к которому конструкторам нужно в каждом конкретном случае стремиться. Кроме того, только беспрофиль позволяет сделать теоретическую аэродинамику простой, понятной и полезной наукой. Смотрите сами.
Терема 4. Атмосферное давление потока на атакующий беспрофиль всегда меньше сверху и больше снизу, по причине разрежения воздуха и хаоса в движении частиц потока над крылом и сдавливания и уплотнения упругого потока под крылом.
Как диагональ делит прямоугольник на два равных прямоугольных треугольника, так и атакующий беспрофиль делит воздушный поток на две равнозначные и самостоятельные причины возникновения подъёмные силы. То есть, любую из поверхностей крыла можно сделать параллельной продольной оси фюзеляжа и вектору тяги, противоположная ей причина возникновения подъёмной силы при этом сохранится. К примеру, на сверхзвуковых самолётах верхняя поверхность крыла делается параллельной продольной оси самолёта, а нижняя лишь слегка наклонена, образуя угол атаки примерно в 1 градус. Избыточная подъёмная сила, возникающая на больших скоростях, может быть очень опасной. У крыльев самых первых самолётов, казалось бы, была только одна аэродинамическая поверхность – нижняя, а верхом крыла была ничем не прикрытая «арматура»… Но и у этих крыльев уже была избыточная подъёмная сила, поэтому самолёты тогда часто кувыркались в воздухе, как турманы.
«Для физика должно существовать только то, что измерено» (Нильс Бор), а не то, что можно подумать, придумать, недодумать и сосчитать. И вот что мы измерили: орёл весом 4 кг с площадью несущих поверхностей в 1 м2 почти неподвижно парит в вышине при положительной разнице атмосферного давления на его крылья всего лишь в 0,04 процента от возможных 1000 г/см2; самолёт АН-2 ("кукурузник") летает на разнице 0,4%; современный пассажирский авиалайнер летает на 5% от возможной разницы в 1 кг/см2. Как мы это узнали? А просто разделили вес орла на площадь его крыльев и так далее. И никакой другой формулы для вычисления подъёмной силы, поверьте мне, не существует. Так что, всё, что летает, делает это по причине совсем небольшой разницы или асимметрии огромной силы, которая называется "атмосферным давлением". А у математиков всё, что летает, летать не может по причине крайне недостаточной (в 6 раз меньше веса) подъёмной силы, вычисленной по самым надёжным математическим законам ньютоновской механики. Посмотрите по запросу "Парадокс шмеля", как математики из NASA и британские учёные вычисляли подъёмную силу. Знание математической физики сделало их ещё глупее, чем они есть на самом деле. Но можете посмотреть и у меня в "Парадокс шмеля, или Трактат "О подъёмной силе" http://proza.ru/2019/01/24/396
Вот, пожалуй, и всё. Сейчас я возьму чистый лист бумаги и напишу на нём только 5 аксиом и 4 теоремы... и у меня получится настоящий древнегреческий трактат, поместившийся на одной стороне бумажного листа. Этот трактат уже логичен и самодостаточен без лишних комментариев, ибо самая первая теорема в нём доказывается справедливостью самой последней, а последняя уже доказана применением в новейших технологиях. Правда, для вас это уже будет шпаргалка, а для учёных теоретиков - та самая простота, которая хуже воровства. Да, если физическое явление или результат опыта объяснены правильно, то математикам тут делать совершенно нечего. В физике, знаете ли, реально существует только то, что математик сосчитать не может. Об этом в "За что физики не любят математиков": http://proza.ru/2015/11/16/160
А теперь, если вы внимательно читали и при этом думали сами, то сможете ответить на такие вопросы, которые вашему профессору уже, скорее всего, будут не по зубам. К примеру, на ваш вопрос "Какое физическое явление является причиной грома?" уже не сможет ответить ни один профессор, ведь вы-то знаете, что это "мгновенная самоорганизация и взрыв высокотемпературной плазмы, причиной возникновения которого является обжатие атмосферным давлением неорганизованной плазмы молниевого канала".
Вопросы профессору на засыпку
1). Леонард Эйлер в результатах опытов своего друга Даниила Бернулли увидел «Великий парадокс». В чем именно он его увидел?
2). Эйлер объяснил результаты опытов Бернулли постоянством суммы потенциальной и кинетической энергии (или полной энергии) замкнутой системы. С какого места в экспериментах Бернулли эта «замкнутая система» начинается?
3). В ньютоновской механике уменьшение давления потока на параллельную ему поверхность с увеличением скорости потока можно объяснить векторным разложением силы давления потока. Почему нельзя привлекать ньютоновскую механику и математику для вычисления силы взаимодействий потоков с поверхностями?
3). На картинке вверху воду по трубе переменного сечения прокачивают, откачивают или же она бежит самотёком?
4). Каких двух необходимых измерительных приборов нет на рисунке вверху?
5). Если беспрофиль – это идеальный аэродинамический профиль, то чем является научная аэродинамика горбатого профиля?
6). Если беспрофиль – это деталь в измерителе давления в потоках, то чем является сам прибор?
Если вы не сможете сразу ответить на все вопросы, то не огорчайтесь. Скорее всего, в том есть лишь моя вина. И помните: всё, что человек понимает, он когда-то понял сам; всё, что человек знает, он знает благодаря кому-то. Знает, но мало что понимает… и быстро забывает. Так что, постарайтесь во всём разобраться сами.
Список литературы и публикаций:
1). Самоорганизованная плазма: http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/6332/
2). Демокрит и Левкипп: https://religion.wikireading.ru/80963
3). Архимед. Книга 1. О плавающих телах: http://www.ether-wind.narod.ru/Golin_1989/021_Arhimed.pdf
4). Современный Архимед. Трактат «О плавающих телах»: http://proza.ru/2020/04/09/149
5). К физике антигравитонов: http://proza.ru/2020/06/01/361
6). О математическом и физическом законе Бернулли: http://proza.ru/2020/06/16/1043
7). Эйнштейн и подъёмная сила, или Зачем змею хвост: http://proza.ru/2014/03/18/66
8). Парадокс шмеля, или Трактат «О подъёмной силе»: http://proza.ru/2019/01/24/396
9). Гравитационная физика. Атом: http://proza.ru/2019/07/02/305
10). Закон Бернулли для чайников и учёных: http://proza.ru/2020/06/20/420