Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

Обобщённая формула энергии

Закон сохранения энергии говорит нам, что энергия ниоткуда не берётся, никуда не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую.

 Когда я обратил на этот закон пристальное внимание, то подумал, что у этих форм должна быть некоторая преемственность. Ведь разные качества не могут переходить одно в другое. Например, как из зелёного сделать круглое?
А тут у нас в любом случае энергии.

Да ещё и "Второе начало термодинамики" вызвало во мне некоторые подозрения. Звучит это начало, в частности, так: все виды энергии в конечном итоге переходят в тепловую, а она, в свою очередь, просто рассеивается в космосе. (Моя формулировка)
Так что же получается, что есть некий главный вид энергии - тепловой?

Все эти вопросы и размышления подтолкнули меня к исследованию ФОРМ энергии и поиску изначальной или универсальной формы, если таковая имеется.
И начал я с электрической энергии.

Работа электрического тока

Не помню точно, единственная ли это формула физики, содержащая энергию, в разделе электричество или нет, но для рассмотрения я взял формулу работы электрического тока. Поскольку левая часть формулы имеет размерность "Джоули", то есть размерность энергии.

A = Uq

Работа есть произведение напряжения U на заряд q.
Подставим вместо заряда q следующее выражение q = UC, где С - электрическая ёмкость.
И ещё. Вместо работы тока А предлагаю поставить символ электрической энергии Е с индексом q (заряд) - Eq.
Тогда формула примет вид:

Eq =  U2C

В данной работе я буду очень кратко описывать формулы, поскольку пишу её для широкой аудитории, а не для профессионалов.
Прошу уважаемого читателя иметь это в виду.
И ещё. Поскольку данная тема достаточно специфична и профессиональна, попробуйте смотреть на формулы, как на картинки, изображения. Так вам будет проще принять символьную суть конечной формулы.
Помните, что я поставил задачу поиска формы энергии, то есть её изображения, образа.

Уравнение состояния идеального газа

Второй формулой в моём рассмотрении оказалось уравнение состояния идеального газа.

Лично для меня ответ на вопрос "почему именно она" не имеет смысла, поэтому и отвечать на него я не буду. Почему-почему, да потому.
Вот эта формула:

PV = µRT

где P-давление, V-объём, µ-количество моль газа, R-универсальная газовая постоянная и T-температура.
Если перемножить правую часть уравнения и посмотреть на размерность получаемого результата, то получатся опять Джоули.
Я эту правую часть назвал тепловой энергией и присвоил ей букву с индексом Qt, то есть энергия тепловая. Получилось так:

PV = Qt

Третий закон Кеплера

Введение третьей формулы в рассмотрение требует абстрактного мышления, незацикленности на догмах, ну может и ещё чего. Не буду перечислять.
Вобщем, этой формулой оказался третий закон Кеплера.
Выглядит он так:

Квадраты периодов обращения двух планет, к примеру солнечной системы, соотносятся так же, как кубы больших полуосей их орбит.

Если периоды обращения планет заменить на угловые скорости вращения, а большие полуоси на радиусы (почему так, расскажу при встрече за чашечкой чая :-)  ), то можно получить такую формулу:

w12R13 = w22R23 = const

Константу я заменю буквой С.
Тогда итоговая формула приобретает такой вид:

С = w2R3

Теперь можно написать три уравнения рядом и оценить их схожесть. Но к данным известным уравнениям я предлагаю добавить некую вспомогательную формулу.

Вспомогательная формула

Вид она имеет весьма простой. Если представить себе некую абстрактную энергию E, заключённую в некотором объёме V, то плотность этой энергии можно рассчитать в самом простом варианте по следующей формуле:

А энергия, соответственно, будет представима через эту формулу так:

E = ρeV

Формула, как может показаться ничего нового не даёт. Но это лишь на первый взгляд.

Теперь напишем все наши четыре уравнения и поглядим на них с пристрастием.

 Четыре уравнения

Финальный вид четырёх уравнений выглядит так:

Eq =  U2C
Qt =  P  V
С  = w2R3
E  =  ρV

Левые части уравнений я прокомментирую позже.
В самый правый вертикальный столбец входят величины, которые довольно легко ассоциировать. Радиус в кубе R3, объём V и ёмкость С. Даже просто на уровне смыслов эти слова рядоположны.

У учёных-физиков могут возникнуть сомнения относительно электрической ёмкости. Но вот что интересно: только у физиков!

Первый столбец правых частей уравнений требует пояснения.

Сначала скажу о том, что угловая скорость связана с линейной скоростью следующим уравнением:  v = w·r. Иными словами, говоря о линейной скорости мы с таким же успехом говорим и об угловой скорости. Будем иметь это ввиду.

Почему же можно, на мой взгляд соотносить напряжение U и угловую скорость w?
Вот посмотрите, как выглядит формула электродвижущей силы (ЭДС) генератора:

Слева ЭДС, а справа некоторые параметры и, в том числе, n. Вот это самое n и есть угловая скорость вращения генератора. То есть, чем быстрее мы крутим генератор, тем больше на выходе ЭДС. Причём зависимость линейная. Да, и ЭДС измеряется в Вольтах. То есть это практически напряжение.

Напишу эту формулу в общем виде, используя символы U и w:

U = f(w)

То есть, напряжение есть функция угловой скорости в ПЕРВОЙ СТЕПЕНИ!

Теперь попробуем найти в физике формулы, где были бы связаны между собой давление и скорость.
Вот так, например, выглядит основное уравнение молякулярно-кинетической теории газов (взято из Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский "Физика 10 класс", страница 164):

Здесь p - давление газа, а v - скорость его частич.

Или вот ещё две формулы из учебника "Аэродинамика" за авторством Мхитарян А.М.:

где а - скорость звука в среде, p - давление среды (в числителе), ρ (ро) - плотность среды;

где Y - подъёмная сила, С - коэффициент подъёмной силы, ρ - плотность среды, v - скорость аппарата, S - площадь крыла.
Если перенести площадь крыла в левую часть, то формула приобретёт вид:

Слева - давление на крыло.

Итак. Что мы видим в этих трёх формулах?
А видим мы то, что давление в разных формулах из разных областей физики связано с линейной скоростью через её квадрат!
Или, если поставить вместо неё угловую скорость, то получим вид:

P = f(w2)

Таким образом, давление есть функция скорости В КВАДРАТЕ!

Вывод

 Давайте ещё раз  посмотрим на наши четыре замечательные формулы:

С  = w2R3
Eq =  U2C
Qt =  P  V
E  =  ρV

Ощущаете ли вы теперь родственность между членами первого столбца правых частей уравнений, то есть между квадратом угловой скорости w2, квадратом напряжения U2, и давлением P?
Ощущаете ли вы их близость, как ощущаю её я? (Вспомнилось: любите ли вы театр...?)

Тогда предлагаю сделать последнее допущение: предположить, что в третьем законе Кеплера, константа С - это энергия.

Как пел в одном фильме Андрей Миронов, "разбор моих грехов оставьте до поры, вы оцените красоту игры", так и я предлагаю читателю ознакомиться сначала с последствиями такого допущения, а уж потом выносить вердикт.

Как я назвал первые три формулы?
Первая формула - это формула астрономической (космической) энергии. Например.
Вторая - электрической энергии. Ну а третья, понятное дело, является формулой тепловой энергии.
Энергия - это прежде всего движение. Обратите внимание на то, чем во второй и третьей формулах представлено движение: напряжение и давление.
Два понятия вновь удивительно близки.
Соответственно w2 я бы назвал неким напором. (Посмотрите понятие "скоростной напор" в гидравлике)

Итак, все четыре понятия среднего столбца формул: напор, напряжение, давление, плотность!!!
Сможет ли у кого-нибудь повернуться язык, чтобы сказать, что это совпадение?

Обобщённая формула энергии

Теперь можно написать обобщённую формулу энергии, как я её назвал. Она напоминает  сильно модифицированную формулу третьего закона Кеплера:

Э  = w2R3

Откровенно говоря, от Кеплера тут, конечно, мало чего осталось.
Но.
Всё-таки я использовал его материал для дальнейших рассуждений и обязан уважительно его упомянуть.

 

Человеку далёкому от теоретической физики вышеприведённые рассуждения могут показаться скучным занятием.
Однако уверяю вас, в отличие от сильно математизированных и абстрактных моделей профессиональных физиков-теоретиков, открытия и стиль изложения дилетанта-любителя, к коим я себя отношу, доставят вам интеллектуальное и эстетическое наслаждение.
По крайней мере я имею для этого как минимум одно основание: я не профессионал, а любитель.
В том смысл, что я люблю то, что я делаю. Я бы даже сказал, обожаю.

Теперь зададимся закономерным вопросом: что означает эта формула?
Какая форма за ней стоит?
Напоминаю, что в начале моих размышлений, как впрочем и данной статьи, я задавался вопросом об изначальной ФОРМЕ энергии.

Данный вопрос я раскрою в  статье "Эфир - форма существования энергии".