Отличия работы силы в системах живых и неживых

      Введение

      Почему мы, не совершая полезной работы (не перемещая груз в пространстве, а лишь удерживая его статически) все же устаем?!
      Об этом и многом другом вы сможете узнать, познакомившись ниже, с моей точкой зрения по этому вопросу...

                *   *   *

      Определение

      "Работа силы - это скалярная величина, которая характеризует действие силы на некотором перемещении ее точки приложения".
      С точки зрения физики - нет перемещения - нет работы.

                *   *   *

      Два типа музыкальных синтезаторов

      Начнем несколько неожиданно. С описания процесса синтеза звука в электронной музыке!
      Представим два клавишных музыкальных инструмента ("синтезатора"): один воплощен в "материальной форме" - "железный" синтезатор - и стоит у нас на стойке, его можно потрогать и уронить себе на ноги, а второй, - является лишь его математическим описанием, то есть цифровой моделью его звукового синтеза, или проще говоря - "софтовым" - программным синтезатором.
      Наша конечная цель, получить в ходе игры на них, последовательность организованных во времени звуков - то есть музыку!
      Если разработчик "софтового" и "железного" синтезатора одна фирма - то выведенные с них звуки (музыка) - совершенно идентичны и невозможно узнать с какого из них они были получены.

                *   *   *

      Обобщенные отличия в принципах функционирования синтезаторов

      В чем же тогда отличие воплощений этих типов синтезаторов (обобщенно)?
      В "железном" - электрический сигнал ВСЕГДА проходит по одним и тем же маршрутам электронной схемы, в соответствии с жестко заложенными (прописанными схемой) и не меняющимися в ходе его эксплуатации путями.
      В "софтовом" же - компьютер (говорю здесь крайне упрощенно), в КАЖДЫЙ момент времени, исходя из собственной элементной базы - миллионов (миллиардов?) транзисторов, диодов, логических ключей и т.п., руководствуясь "указаниями" управляющей программы ("софтовый" синтезатор) ДИНАМИЧЕСКИ собирает точно такие же маршруты для электрического сигнала, что и в его "железном" собрате, чтобы сигнал, в ходе своего движения, проходил бы через те же управляющие элементы и в те же временные рамки, что и в "железном".
      Как я уже говорил, в "железном" синтезаторе, этот путь прохождения сигнала задан жестко, самой конструкцией схемы, в компьютере же, он (компьютер) обладая изначально в разы избыточным набором деталей (как радиоконструктор из детства), способен, ДИНАМИЧЕСКИ используя его элементы, создавать внутри себя (виртуально) практически любые схемы!
      Но ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ этих виртуально создаваемых структур, управления ими - НЕОБХОДИМ ПОСТОЯННЫЙ ПОДВОД энергии извне.
      Потому-то "железный" синтезатор и остается "холодным" - потребляя питания - как "колибри" и тратя его лишь практически на работу встроенных звуковых усилителей (ну, там свои динамики "прокачать" или еще меньше - на наушники "звук выдать").
      А компьютер - "жрет электричество" - "как лошадь"! Перегревается, да еще и виснет в конце концов - когда одна его часть престает вдруг ведать, что творит другая!

                *   *   *

      Балка, жестко защемленная с одного конца и ее эквивалент - в виде руки

      Теперь, с таким багажом необычных музыкальных знаний, вернемся вновь к физике!
      Представим себе две ситуации:
      1) На свободный конец жестко защемленный одной стороной железной балки, длинной в 1 метр, и расположенной параллельно земле, подвешен груз массой в 5 кг.
      Мое мнение: "Да он там и час провисит и два... и дальше еще лет сто висеть будет!"
      2) Человек, в той же ситуации - рука с тем же грузом параллельно земле.
      Мое мнение: "И долго он так сможет простоять пока руку не опустит? Не перемещая груз, и следовательно, НЕ СОВЕРШАЯ работу?!
      В физике принято, что работа при этом, раз он остается неподвижен - не совершается! А значит, отсюда следует, что он и не устает! Однако... это не так! И он устает, да еще как!!! Но почему??? и еще вспомнилось: кто не работает - тот не ест!".
      В чем же разница в этих двух 1) и 2) описанных мной примерах? И зачем я вам так долго "заливал" про типы синтезаторов? Для понимания, только лишь для него!
      Балка это пример функционирования "железного" синтезатора, а человек - "софтового"!
      Думаю, для вас, уже кое что стало прояснятся...

                *   *   *

      Физика "твердого тела" и "мягких тел живых организмов"

      То, что мы держим руку неподвижно (даже и без груза, да хоть и вообще бы положили ее на стол), отнюдь не означает, что мы не расходуем на поддержание этого состояния свои энергетические запасы!
      Перейдем к подходящим моделям, на примере которых и проведем анализ различий балки и руки.
      Наша рука (да и вообще всякий живой организм) - это не жесткий рычаг, а скорее подобие длинного эластичного рукава, находящегося под избыточным давлением. В котором, на свободном его конце, есть небольшое сквозное отверстие и из которого постоянно выходит избыток подводимого компрессором газа (вспомним хотя бы надувные спортивные манежи, так популярные в "советское время").
      Этот пример (с постоянным подводом и вытеканием газа) иллюстрирует постоянно протекающий в наших ЖИВЫХ организмах процесс его энергообмена со внешней средой.
      Если приток газа начнет иссякать (компрессор - постепенно останавливается) - то рукав начинает постепенно безвольно повисать (опускаться свободным концом вниз). То есть, что мы видим, на поддержание его в исходной позиции (параллельно земле) требуется постоянный подвод газа, и ПОСТОЯННОЕ расходование энергии на поддержание работы компрессора!  А также, наш рукав, даже повиснув затем вниз, продолжает потреблять, хоть и уже значительно меньше - подводимый от компрессора газ.
      Аналогом смерти - здесь бы выступило предельное состояние - компрессор останавливается - оставшийся в рукаве газ продолжает вытекать из свободного внешнего отверстия, а закрыть его не выйдет (переходя к живым системам, это отверстие означает, если подзабыли, открытый энергообмен со внешней средой, и если его прекратить, засунув нас да хоть в пенопласт - то возросшая температура наших тел заживо нас сварит и мы ОЧЕНЬ быстро погибнем из-за перегрева ) - рукав потеряв последний оставшийся в нем газ, буквально бы испустил дух - липкие стенки рукава соприкоснулись и... если тут же не начать нагнетать газ в него вновь - необратимо бы слиплись - наступил бы коллапс - схлопывание (т.н. смерть - в биологических системах).
      В этом же контексте, модель жестко закрепленной балки - являет собой энергетически замкнутую систему - для ее поддержания в исходной позиции (параллельно земле) -  ПОСТОЯННЫЙ подвод энергии из вне -  НЕ ТРЕБУЕТСЯ!
      Железную балку, также можно было бы заменить ее моделью, в виде однажды надутого и герметичного рукава с газом, в котором нет значимых отверстий для его утечки во внешнюю среду, но тем не менее вспомним и примеры из жизни - завязанный шарик, пусть и не сразу, но все же сдувается!
      В случае же с реальной балкой, будет тоже самое - возникнет так называемая "усталость металла" и если, спустя конечно же очень большой промежуток времени, мы подвесим еще дополнительно на нее груз, скажем в 100 кг - то она тут же разрушится!
      Новая же, ни разу не использованная нами балка выдержит тот же груз (т.е. 105 кг) легко!
      Вот почему так и важно вовремя производить списание изношенных механизмов - вечного ничего нет!

                *   *   *

      Немного биологии

      Когда мы держим "неподвижно свою руку" в ее структурах, так же как и всегда, проходит куча упорядоченных во времени процессов! "Звучит - музыка организма". И управляется все это большое и живое хозяйство, опять же посредством электрических, а еще и химических сигналов из центральной нервной системы. Ну, а во главе всего конечно же стоит (сидит))) - Мозг!
      Та часть избыточной энергии живого организма, что не пошла в дело, на процессы поддержания его жизнеобеспечения и на осуществление полезной работы в его биологических структурах, тут же выносится в окружающую среду в виде тепла!
      И пока мы остаемся живы - в нас всегда образуется ее избыток (энергии).
      А получаем мы все эту энергию, как все уже знают со школы, за счет протекающих в нашем организме экзотермических процессов (за счет химических реакций).

                *   *   *

      Так что же такое жизнь?

      А это всего лишь навсего термодинамический процесс упорядоченного (читай разумного) переноса энергии в динамических системах.
      И заведует этим УПОРЯДОЧЕННЫМ переносом нечто...
      Кто-то считает - Душа...
      Кто-то Бог...
      Кто-то просто увидит обычные законы физики.
      Или вообще все зависит лишь от МАСШТАБОВ объектов управления...
      А Жизнь - это всегда упорядоченный процесс! Так же например, как и облако - ведь и облако - это динамическая система! И в этом плане, не так уж далеко были от истины "древние люди" -  считавшие весь мир вокруг себя ЖИВЫМ!
      Да так, собственно, оно и есть, просто скорости передачи информации, в "неживой" материи другие, а так, и молекулы ведь крутятся и атомы летают - ну и кто сказал что мир мертв? Он просто другой! Вот и все!
      Вспомните, если что-то, происходит крайне медленно - то оно ж для нас неподвижно - ну, словно камень! А может, это просто еще одна (и самая древняя) форма жизни - просто с другими временными размерностям шкалы времени?!

                *   *   *

      Итого

      Мы устаем держать груз, по причине, того, что для его удержания нам требуется гораздо больший текущий расход энергии нашего организма, чем требуемый в период его покоя (простоя).
      Усталость - это показатель возникшего дефицита энергии. Отдыхая - мы восполняем ее.
      Энергию мы получаем только из пищи - за счет расщепления входящих в ее состав питательных веществ. А расщепление - это по большей части банальное окисление (для чего нам и нужно дышать), то есть обычная экзотермическая реакция (с выделением тепловой энергии)! Так как ее скорость выше, чем в организмах земноводных, то мы и более "теплые"! Но, на получение энергии из пищи, нам опять же нужно сперва ее израсходовать (на расщепление пищи) - и вот тут-то и возникают ограничения - удерживая груз, мы тратим свой энергозапас (та же глюкоза) быстрее, чем успевает ее поставлять наш организм!
      Для того, чтоб мы не умерли, потратив энергии столько, что уже не с чего запустить самый первичный процесс ее извлечения - и служит чувство "усталости".
      Однако, так уж мы все устроены, что специальными тренировками и здесь все (в определенных пределах) можно поменять.
      Вот, как-то так все и обстоит.

2016.11.05

Если понравилось (или было полезно),
вдохновить автора к новым свершениям можно вот так: http://proza.ru/avtor/tarser