evan_gcrm (evan_gcrm) wrote,
evan_gcrm
evan_gcrm

Categories:

Универсальная физическая модель

Оригинал взят у roouh


Колебания почти всегда связаны с попеременным превращением энергии одной формы проявления в другую. Существует всего два типа колебаний - электромагнитные и механические. Можно сказать однозначно, что наш мир существует благодаря колебаниям. Свет, звук, радиоволны, ультрафиолетовое, тепловое, радиоактивное и рентгеновское излучения, движение планет вокруг солнца, а солнца вокруг центра нашей галактики, движение маятника - это всё примеры колебательных процессов. Сущестовавание материи обусловлено колебаниями происходящими на атомном и молекулярном уровне. И даже пустота вакуума - это лишь отсутствие вещества. То, что представляется нам пустым, на самом деле пронизано полями и излучениями. Наш мир колеблется и пульсирует, и каждая часть связана со всем остальным, со всем что существует. Это именно так, иначе постоянство физических законов было бы невозможно.



Изменение параметров колебательного процесса замкнутой системы, например, электромагнитых колебаний, можно представить в виде графиков синуса или косинуса.



Рис.1. Визуализация колебательного процесса,
в котором попеременно, энергия одной формы проявления (синий),
превращается в другую форму
(красный)

Так выглядят колебания на графиках, в виде традиционной зависимости изменений параметров во времени (ось идущая слева-направо), в полярных же координатах, если наш взгляд будет направлен вдоль оси времени (при этом оно будет циклично изменяться от 0 до ), график будет таким:



Рис. 2. Визуализация колебательного процесса в полярных координатах

График, представленный на Рис. 2, позволяет проиллюстрировать то, что в колебательных системах с постоянной энергией, ничего не изменяется. В этом легко убедиться, если представить, что система координат земного наблюдателя вращается вместе с полярной осью (проходит через зелёную точку). Таким образом, параметры, которые мы наблюдаем или регистрируем приборами как изменяющиеся, есть лишь проекция "системы координат" колебательного процесса на "систему координат" земного наблюдателя, т.е. наше восприятие, или датчики приборов.




Рис. 3. Изменение параметров колебательной системы в полярных координатах,
где радиус окружности (r) - это амплитуда (A);
угол между осью 0x и полярной осью, исходящей из начала координат - это время (t);
Y = r × sin(t); X = r × cos(t) - мгновенные значения изменяющихся во времени параметров, являются проекциями амплитуды (A = r), на координатные оси прямоугольной системы координат.

Мгновенное состояние всех параметров колебаний системы в этом процессе, определяется всего двумя величинами - амплитудой (A), и временем (t). При этом величина амплитуды (A) связана с энергией, которую система получила изначально (что и привело к возникновению колебаний), и что важно - амплитуда определена независимо от значений времени (t):

+ = = ,

где A = r = const вне зависимости от значений x, y и t.

Амплитуда постоянна, независима от времени, и отражает внутренний энергетический потенциал колебательного процесса. Амплитуда (A) определяет "рамки" параметров колебаний, которые в своём максимальном значении, будут равны амплитуде, а все мгновенные значения параметров от нуля до макимума, определяются изменением времени (t) в пределах периода колебаний от 0 до .


Рис.4. Визуализация зависимости параметров колебательного процесса,
от значений амплитуды (A) и времени (t).

Можно увидеть, что синусоидальные поперечные колебания параметров колебательного процесса, являются проекциями винтовой линии (зелёный) на прямоугольную систему координат.


Винтовая линия — линия, описываемая точкой, движущейся равномерно по образующей круглого цилиндра, если сама образующая равномерно вращается вокруг оси цилиндра. <...> Параметрические уравнения винтовой линии имеют вид:

x = r × cos t
y = r × sin t
z = ht/

где r — радиус цилиндра, h — шаг, t — угол поворота радиуса. Если цилиндрическую поверхность развернуть на плоскость, то винтовая линия превратится в прямую. Проекция винтовой линии на любую плоскость, проходящую через ось цилиндра или ей параллельную, есть синусоида. [Математическая энциклопедия. Винтовая линия]


Рис.5. Развёрнутая на плоскость винтовая линия

На Рис. 5. изображена развёрнутая на плоскость винтовая линия, она приподнята над осью 0x на величину амплитуды (A), и повёрнута относительно прямого угла с этой осью, на некоторый угол (α), очевидно связанный с временем.

Есть только два основных параметра колебательного процесса - амплитуда и время, и это значит, что винтовая линия изображённая на Рис. 4. - это и есть график времени, как функции. При этом, чем больше амплитуда колебаний, тем больше радиус воображаемого цилиндра, на поверхности которого расположена винтовая линия.

В случае распространения электромагнитных колебаний, длина волны соответствует пространственному периоду волны, то есть расстоянию, которое точка с постоянной фазой проходит за время, равное периоду колебаний T, иными словами, на одной и той же оси, одновременно присутствуют и время и расстояние.

Это сложно представить, если считать время линейным. Если же представить время в виде винтовой линии, то в этом случае всё встаёт на свои места - время и пространство свёрнуты относительно друг-друга, время не линейно, а линейным воспринимается только его изменение. На Рис.4. это движение винтовой линии справа-налево.

Вот в этом суть всех физических законов нашей вселенной. Да, конечно, в
неидеализированном случае, энергия может отдаваться системой или приниматься извне, может быть неоднородной среда в которой передаются колебания, существует фазовый сдвиг и т.п., но любом случае все законы природы (т.к. всё в этом мире - колебания), могут быть сведены к этой модели, описывающей взаимосвязь энергии, времени и пространства.

Рассмотрим это утверждение на примере электромагнитных колебаний.


Таблица 1 -  Единицы измерения прямоугольной системы координат (x, y, z) для электромагнитных колебаний
Ось Параметр Единицы измерения
0x E - напряжённость электрического поля [В/м] - вольт на метр
0y H - напряжённость магнитного поля [А/м] - ампер на метр
0z λ - длина волны или T - период колебаний [м] - метр или [с] - секунда

Длина волны и период колебаний связаны через фазовую скорость:

λ [м] = T [с] × υ [м/с],

где υ - фазовая скорость. Для электромагнитных волн в вакууме скорость υ в этой формуле, равна скорости света (299 792 458 м/с).

Можно заметить, что в единицах измерения параметров в Таблице 1, присутствует один и тот же знаменатель - метр [м], если его отбросить, то всё вышесказанное применительно к электромагнитному полю, будет справедливо и для такого явления, как электричество:

Таблица 2 -  Единицы измерения прямоугольной системы координат (x, y, z) для переменного электрического тока
Ось Параметр Единицы измерения
0x U - Напряжение [В] - вольт
0y I - Сила тока [А] - ампер
0z T - Период колебаний (время) [с] - секунда


Взаимосвязь между напряжением и силой переменного тока, выраженная графически, будет точно такой же, как и взаимосвязь между электрическим полем и магнитным полем, т.е. будет представлять собой винтовую линию, с той лишь разницей, что электромагнитное поле - это пространственное явление, а сила тока и напряжение - это величины характеризующие непространственное явление.

Если проводник характеризуется наличием сопротивления R, то вместо окружности на Рис.3., был бы эллипс. Само же сопротивление имеет смысл коэффициента учитывающего неоднородность среды проводника:

U [В] = I [А] × R [Ом] (Закон Ома)

Рассмотрим взаимосвязь силы переменного тока I и напряжения U во времени t:

Рис. 6. Взаимосвязь силы переменного тока и напряжения во времени


  • Окружность (или эллипс), площадь которой S = π·I·U, имеет размерность [В·А] - ватты, следовательно физический смысл этой фигуры - электрическая мощность P;

  • Амплитудное значение силы тока I умноженное на время t - это заряд q [А·с] - количество электричества;

  • Амплитудное значение напряжения U умноженное на время t - это магнитный поток Ф [В·с];

  • Энергия вычисляется, как мощность P умноженная на время t, следовательно на Рис. 6 - это объём цилиндра.

Оказывается, все эти величины, имеющие конкретный физический смысл, можно изобразить графически на нашей модели.

Сравните формулы в Таблице 3:

Таблица 3. Формулы мощности и энергии
Электричество Механика
Мощность P = I × U (напряжение умноженное на ток) P = F × V (сила умноженная на скорость)
Энергия Е = q × U (заряд - количество электричества, умноженный на напряжение) Е = p × V (импульс - количество движения, умноженный на скорость)
Энергия Е = P × t (мощность умноженная на время) Е = P × t (мощность умноженная на время)

Можно увидеть, что с точки зрения мощности и энергии, нет никакой принципиальной разницы между электромагнетизмом и движением материальных тел.

Получается, что электрический ток по своей сути, соответствует механической силе, а напряжение - скорости. Взаимосвязь же между силой и скоростью, также можно изобразить графически в виде винтовой линии, т.к. колебания в механике, аналогичным образом, связаны с попеременным превращением кинетической энергии  в потенциальную, а потенциальной в кинетическую.

Для иллюстрации универсальности модели, представленной на Рис. 6, и применимости её к физическим законам, сведём в таблицу величины, которые можно соотнести с осями 0x, 0y, 0z, и посмотрим по полученным размерностям, каким физическим величинам будут соответствовать результаты различных операций с ними.

Таблица 4. Физические величины
Выражение Электричество Электромагнетизм Механика Кинематика
величина размерность величина размерность величина размерность величина размерность
y - величина по оси 0y Напряжение (U) В Напряжённость электрического поля (E) B/м Скорость (V) м/с Угловая скорость (f) рад/с
x - величина по оси 0x Сила тока (I) А Напряжённость магнитного поля (Н) A/м Сила (F) кг·м/c2 Жёсткость (D) (коэффициент упругости) кг/c2
z - величина по оси 0z Время (t) с Время (t) с Время (t) с Время (t) с
y/x - соотношение амплитуд (коэффициент неоднородности среды) Сопротивление (R) B/А Сопротивление (R) B/А ? с/кг ? с/кг
x/y - соотношение амплитуд (обратная величина) Электрическая проводимость (G) А/B Электрическая проводимость (G) А/B Массовый расход (Qм) кг/c Массовый расход (Qм) кг/c
y·x - площадь окружности/эллипса (S = πyx). Энергетическая величина. Мощность (P) или Поток энергии (П) B·А Плотность потока энергии (j) B·А/м2 Мощность (P) кг·м23 Плотность потока энергии (j) кг/с3
y·z - площадь прямоугольника (амплитуда на время) Магнитный поток (Ф) B·с Векторный потенциал электромагнитного поля (A) B·с/м Длина (l) м Угол рад
x·z - площадь прямоугольника (амплитуда на время) Электрический заряд (q) А·с Линейная плотность заряда (Q) A·с/м Импульс (p) кг·м Массовый расход (Qм) кг/c
(x/y)·z - площадь соотношения амплитуд на время (инертность) Электроёмкость (С) А·с/B Электроёмкость (С) А·с/B Масса (m) кг Масса (m) кг
(y/x)·z - площадь соотношения амплитуд на время (обратная величина) Индуктивность (L) B·с/А Индуктивность (L) B·с/А ? 1/кг ? с2/кг
y·x·z - объём циллиндра (V = πyxz) Энергия (E) В·А·с Энергетическая экспозиция (Не) В·А·с/м2 Энергия (Е) кг·м22 Энергетическая экспозиция (Не) кг/c2

Наша вселенная - это океан энергии, и представление самой энергии в виде некого объёма, очень наглядно. В этом случае все процессы энергообмена, происходящие во вселенной, подобны течениям в океане. Масса эквивалентна энергии, и является характеристикой связанной со способностью вещества накапливать энергию в одной из её форм, аналогично способности электрической ёмкости накапливать электрический заряд.

Вернёмся к началу.

Мгновенное состояние всех параметров в колебательном процессе, определяется всего двумя величинами - характеризующей внутренний энергетический потенциал процесса, амплитудой (A), и временем (t), и при этом, амплитуда не может принимать отрицательных значений, и определена независимо от значений времени (t).


Информация <...> Объекты материального мира находятся в состоянии непрерывного изменения, которое характеризуется обменом энергией объекта с окружающей средой. Изменение состояния одного объекта всегда приводит к изменению состояния некоторого другого объекта окружающей среды. Это явление вне зависимости от того, как, какие именно состояния и каких именно объектов изменились, может рассматриваться как передача сигнала от одного объекта другому. <...> [Википедия. Информация]

В нашей пространственно-временной вселенной, все динамические процессы - это процессы энергообмена и превращения одной формы проявления энергии в другую, но на другом (вневременном) горизонте реальности, энергия - это просто информация. И только время, как лазерный луч, падающий на голографическую картинку под определённым углом, оживляет реальность.

Все известные нам физические законы неизменны, однозначны, предсказуемы и соотнесены с пространством и временем, и это означает, что пространство, время и находящаяся в нём материя - это не абстрактная сцена, на которой разворачиваются события нашего бытия, а различные проявления единого глобального процесса, свойства которого взаимосвязаны, иначе постоянство физических законов было бы невозможно.


Tags: Мироустройство, Мнение
Subscribe
promo evan_gcrm march 28, 2018 19:35 141
Buy for 30 tokens
Основополагающим элементом, основным двигателем всей жизни, является репликатор. Скопированная информация - это и есть «репликатор». На Земле первый репликатор довольно бесспорный - это гены, или информация, закодированная в молекулах ДНК. Точнее это первый репликатор, о котором мы знаем.…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 21 comments