Меморандум о естествознании

Мощность

Потребности в относительных единицах мощности не было, пока Джеймс Уайт не применил паровую машину для откачки воды из угольных шахт. Она заменила лошадей, которые были дороги. И Уайт решил сравнить мощность паровой машины с лошадиною. Опыты показали: лошадь способна поднять 550 фунтов груза на один фут за одну секунду (Л.Элиот, У.Уилкокс: Физика)

Так человек весом 75 кГ, подтягиваясь по канату со скоростью 1 м/с, кратковременно развивает мощность в одну лошадиную силу. Но ради чего проявляют мощность лошади, люди или, к примеру, автомобили? Вопрос на поверку для многих оказывается далеко не простым. В школе его не задавали — он исключен из всех физико-математических разделов. Но в реальности каждый миг каждый из нас с ним сталкивается.

По словам Галилея, "сопротивления при падениях тел возрастают, препятствуют ускорениям их падений и могут достичь величины, когда ускорений не будет: падения продолжатся равномерно". Проявления стабилизации скорости реакций в природной среде определяют и скорости людей, лошадей или автомобилей. При относительных перемещениях для преодоления упругих сопротивлений нужны проявления мощности и затраты двигательной и тепловой работы. Сопротивления в классической механике — коэффициент поверхностного трения из-за зацеплений микронеровностей kF=k×N. Эта формула таит в себе неразгаданную загадку. Ясно, что трение двух кирпичей в два раза больше, чем одного. Но что парадоксально: можно класть их плашмя или на бок, ставить "на попа" — трение их одинаково. А приклеив к столу кирпичи разными гранями, получим три сопротивления отрыву, точно пропорциональных площади контакта (Аскольд Силин: Трение и мы)

При беге поверхность используют для отталкиваний и полетов над нею и в приземлениях при преодолении перегрузок. Тела выделяют больше, чем обычно, теплоты. Тяжесть ног у людей ≈50% веса, ее приходится многократно ускорять и тормозить. У более быстрых существ конечности худые, а мышцы сосредоточены в теле. Но у всех существ, кроме человека, скорости бега сравнимы: максимально они отличаются вдвое. Проигрыш скорости людей не от прямохождения. Группу шимпанзе приучили бегать и на двух конечностях. Опыты показали: при любом стиле бега мышечная работа и расход кислорода одинаковы (Джерри Мэрион: Общая физика с биологическими примерами)

О массе и силе гири

Количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объему ее. При этом не беру в расчет среды, если таковая существует, которая свободно проникает в промежутки между частицами. Количество материи пропорционально весу, что мною найдено в опытах с маятниками (Ньютон: Математические начала натуральной философии)

В разделе классической механики немыслимые в природе безопорные действия задают вектором силы. Одна из его абстракций основана на реальности проявлений мощности в относительном уравновешивании моментов плеч рычажных весов. Другая — на фикции действия центростремительного ускорения точечной массы Земного шара в центробежном вращении вокруг Солнца: точечная масса бездействует, действует ее притяжение в свободном падении. Возникла путаница апорий: вектор тяжелой силы F=m×g [кГ×м/c2] и вымысел притяжения от вращения точечной массы Земли вокруг Солнца F=m×g [кг×м/c2].

Двоякость действий веса гири и вымысла вектора притяжения сперва делили: с действием притяжения применяли в физико-математических, а с производным от веса вектором силы — в технических расчетах. Но на XI Международной конференции по мерам и весам (1960 г.) международной приняли систему измерений СИ: гиря — эталон точечной массы, вектор силы производный от ускорения: F=m×g [кг×м/c2]. Единицу его назвали ньютон, точечную массу кг умножили на "ускорение свободного падения": в равных условиях опытов — от 9,780 м/с² на экваторе до 9,832 м/с² на полюсах Земного шара. За "нормальное ускорение" было принято g=9,80665 м/с², которое "в среднем равно" начальному ускорению падения тела относительно большой удельной плотности на географической широте 45,5° и на уровне моря при ясной погоде.

Эталон физико-математической точечной массы, цилиндр из сплава платины и иридия, хранят в Международном бюро мер и весов в Париже в сейфе под двумя колпаками. Но он переживает системный кризис: разница с точными копиями за столетие — 50 микрограммов. Не помогают даже паровые ванны. Для эталона количества материи (массы) это катастрофа: гирю хотят заменить на число Авогадро 6,022×1023 — число атомов в одном моле. Загвоздка в том, что и оно определено неточно.

Об относительной мощности моментов

Основой измерения является выбор относительных единиц сравнения. Исторически механика берет начало из принципа статики о моментальном равенстве взаимодействий. Построение из этого исходного пункта наиболее естественно и с точки зрения логики.

Тяжесть, будучи явным проявлением действий окружающей среды, вынуждающих тела тяготеть вниз, представлялась в удобной форме: кусок металла, утвержденный указом государства или церкви. Прибор для сравнения тяжести тел — рычажные весы.

Тела одинаково тяжелы, если, помещенные на чаши весов, не нарушают равновесия. Если их положить на одну чашу, а на другую тело, которое восстановит равновесие, то тяжесть его создает мощность момента вдвое большего, чем каждое из двух первых тел. Продолжая в том же духе, мы получим набор грузов для сравнения мощности моментов, проявляемых тяжестью тел. Для сравнения отношений мощности тел с малой удельной плотностью, вынуждаемых окружающей средой к стремлению вверх, удобней использовать пружинные весы.

Здесь мы не ставим задачу рассказать, как весы помогли открыть и объяснить законы рычагов, а вводим лишь те понятия, которые необходимы для понимания теории относительности (Макс Борн: Эйнштейновская теория относительности)

Про потенциалы проявлений мощности

На рычажных весах проявления мощности сведены к отношениям в центре опоры. Так, жидкости в расширяющихся сосудах тяжесть проявляют меньше, а в суживающихся — больше. Если жидкость налита до одной высоты в сосуды разной формы, но с одинаковой площадью дна, то для разных ее количеств весовое равновесие будет с жидкостью в цилиндрическом сосуде (Парадокс Паскаля)

Проявления мощности движут грузы во времени на расстояния: движущее всегда и движет, и продвинуто. Результатом будет выполненная работа. Половину груза мощность двинет в равное время на удвоенное расстояние, а на целое в половину времени. Когда грузы за какое-то время движутся на длину, а половина их за половину времени, то половина мощности двинет половину грузов за то же время на равную длину. Здесь отношения выполненной работы пропорциональные.

Однако из того, что проявления мощности что-то продвинули не следует, что и часть их может продвинуть на сколько-нибудь и за какое-то время. Иначе один гребец мог бы передвигать судно, если только мощность всех гребцов и длину, на которую они его перемещали, поделить на их число.

Ведь проявления мощности в природной среде происходят не иначе как из своих потенциалов и в составе целого (Аристотель)