Гидродинамические основы физики свободной энергии
Гидродинамические основы физики свободной энергии
В.В. Бердинских
Г.Черкассы, Украина, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Часть 21
Нерабочий изгиб потока жидкости
«Прямолинейное движение массы какой-либо жидкости представляет самый редкий исключительный случай ее возможных движений в окружающем нас реальном мире, почему наука и техника в громадном большинстве изучаемых ими явлений движения жидкой среды имеют дело с разнообразными случаями ее криволинейных движений.
Все подобные движения жидкости, по сравнению с ее прямолинейным движением, могут рассматриваться как изгиб или изменение направления прямолинейного ее движения, вызванный воздействием на массу частиц жидкости каких-либо внешних сил или реакций связей, называемых в гидродинамике предельными или граничными условиями...
…Внутренние деформации жидкого тела, вызываемые в нем деформациями внешними, позволяют с совершенно новой точки зрения рассматривать и выяснять истинный характер многих явлений, сопровождающих, наблюдаемые нами движения жидкой среды, не имевших до настоящего времени удовлетворительных толкований.
Но так как добавочных, внутренних циркуляций частиц жидкости мы не будем иметь только в одном, исключительном случае, идеально - прямолинейного ее движения, то область, захватываемая раскрытыми нами… явлениями распространяется почти на все движения жидкостей окружающего нас реального мира, а не учет их ведет к почти постоянному несовпадению теоретических результатов с данными прямого опыта.
С этой точки зрения необходимо пересмотреть и переработать многие из отделов прикладной гидродинамики — гидравлики [1]» (курсив ВБ).
«Полем сражения» взглядов проф. А.Я.Миловича стал вопрос о движении потока жидкости на изгибе. Все исследователи единогласно утверждали, что жидкость, двигаясь по изгибам каналов, вращается.
Но ответить на вопрос в такой общей форме, к сожалению, не значило еще его действительно решить, ибо в механике жидких тел известно два, весьма различных по свойствам, явления вращения жидкости вокруг оси: статическое и динамическое, при которых ее частицы движутся по концентрическим окружностям с центрами на оси, лежащими в нормальных плоскостях, удовлетворяющих уравнениям гидродинамики и потому одинаково возможных.
Рис.3 [1]
Вращение статическое, при котором частицы жидкости не перемещаются относительно друг, друга. Вся ее масса движется, как одно абсолютно твердое тело (фиг. 3[1]).
В этом случае относительного равновесия массы жидкости все частицы ее вращаются, вокруг оси с одной и той же угловой скоростью ω. Их окружные скорости u=ωr пропорциональны расстояниям их r от оси вращения и по абсолютной величине возрастают с этим расстоянием до бесконечности по линейному закону.
Чтобы масса жидкости при этих условиях могла оставаться в равновесии необходимо, чтобы ускорения центробежной силы, стремящейся удалить частицу жидкости от оси вращения, нейтрализовались равными им по величине давлениями, приводящими в конце концов, к распределению давлений по параболоиду вращения. Такой же будет и свободная поверхность жидкости, а само явление мы можем воспроизвести, вращая наполненный жидкостью сосуд вокруг оси.
Как видно изрис.3[1], при подобном явлении вращения жидкости, как скорости ее частиц, так и давления возрастают с удалением от оси вращения, и большей скоростей соответствует и большее давление, аналогично напряжениям вращающегося твердого тела.
Значительно иную картину представляет случай вращения динамического.
Частицы, жидкости потока в этом случае перемещаются относительно друг друга.
Переход из одного состояния в другое всегда связан с нарушением граничных или предельных условий, постепенным или внезапным изменением величины давления в каком-либо месте граничной поверхности жидкого тела.
Известно, что частицы жидкости могут описывать окружности в плоскостях нормальных к оси и в том случае, когда они принуждаются к этому воздействием на них вихревого прямолинейного шнура, совпадающего с осью вращения.
Но только такое вращение частиц будет подчинено теперь прямо обратному, чем при статическом вращении закону. - Окружные скорости частиц u=(N/r) - обратно пропорциональны их расстояниям до оси вращения или иначе u•r=N=Const, т.е. они при своем движении выполняют закон площадей, тот же закон Кеплера, открытый Леонардо-да-Винчи для частиц непрерывной среды.
Вращение вокруг оси различных частиц происходит вообще с различными угловыми скоростями, почему жидкое тело и будет непрерывно деформироваться. Кривая распределения скоростей может быть представлена равнобокой гиперболой. С удалением от оси вращения абсолютная величина вращательной скорости быстро убывает, стремясь к нулю в бесконечности.
Если подобное выражение скоростей частиц внести в уравнение Д.Бернулли и принять плоскость rr за плоскость нулевого давления, то распределение давлений в жидкости представится кривой третьего порядка (p/γ)•r2= — N2/2g=Const, где давление, имея отрицательное значение, возрастает по абсолютной величине с приближением к оси вращения, поэтому действительное давление в потоке будет уменьшаться в том же направлении. На самой оси ZZ давление стремится к — ∞, здесь произойдет разрыв сплошности течения и образуется полость, называемая воронкой.
Подобное явление можно вызвать в реальной жидкости вращением в неподвижном сосуде, формы кругового цилиндра, твердого стержня, совпадающего с его осью (рис.4[1]). Мы также будем наблюдать его при изгибе потока (рис.5[6], при вытекании жидкости из центрального отверстия на дне сосуда с верхним тангенциальным пополнением жидкости (рис. 6, 7[1] как в циклоне и пр.
Рис.4[1] Рис.5[6]
Рис.6[1] Рис.7[1]
Рассматривая кривые давления и скоростей (рис.3[1]), мы видим, что при динамическом вращении жидкости вокруг оси большей скорости соответствует меньшее давление, и наоборот, как это и должно всегда иметь место при течении жидкости, в ее динамическом состоянии.
Проф. А.Я.Милович своими исследованиями доказал, что вращение потока жидкости при его нерабочем изгибе действительно происходит по закону площадей и сопровождается появлением добавочной циркуляции частиц жидкости в осевой плоскости.
«При каждом изгибе потока жидкости в открытом канале к вращению его частиц вокруг оси изгиба по закону площадей неизбежно присоединяется движение циркуляции их в осевых плоскостях.
…Появление движения циркуляции можно ожидать всякий раз при понижении давления вблизи вертикальной оси при изгибе или вращении потока жидкости вокруг вертикальной оси.
Добавочных внутренних циркуляций частиц жидкости мы не будем иметь только в одном случае идеально прямолинейного ее движения» [1].
«...При движении вблизи дна жидкость весьма энергично стягивается к оси вращения, подымается по этой оси до середины глубины жидкого слоя и затем отбрасывается к внешней стенке сосуда....
Осевая циркуляция жидкости, подтянув частички к оси вращения, с большой скоростью подымает их вверх и снова отбрасывает от оси, пока они при своем падении вниз не упадут ниже средней глубины жидкости, после чего описанное движение их начинается снова, и течение не выпускает их из пространства близкого его оси.
Здесь мы имеем перед собой полное и ясное объяснение действия циклона, несущего внутри себя птиц, бабочек и др. втянутые им предметы, не выпуская их из своих невидимых, но могучих объятий, пока не ослабеет его интенсивность» [1].
Циркуляция жидкости в меридиональной плоскости есть ее движение, вызванное разностью давлений. Если разность давлений вызывает движение, то кинетическая энергия этого движения должна в точности равняться этой разности давлений. Циркуляция жидкости в осевых плоскостях увеличивает полную скорость движения жидких частиц, как бы увеличивает расход жидкости.
Внешняя деформация потока, какими бы причинами она не вызывалась, переходит в деформацию внутреннюю, повышающую кинетическую энергию отдельных частиц.
«Теория осевой циркуляции находится в полном соответствии со всеми данными опыта, а с чисто механической точки зрения является теорией движения системы, находящейся под влиянием реакций добавочных связей, наличность которых только и может привести к вращению отдельных частиц вокруг оси по закону площадей» [1].
В обобщенном виде имеем следующие особенности процессов нерабочего изгиба потока по закону площадей (рис.5[6]):
1. При движении потока жидкости по изогнутому каналу поток в целом движется только поступательно.
2. На наружной стенке изгиба вся первоначальная кинетическая энергия продольного движения потока переходит в энергию потенциального давления потока. У наружной стенки возникает область повышенного давления.
Набегая по инерции на наружную стенку изгиба канала, поток жидкости отходит от его внутренней стенки, вдоль которой давление падает, образуя область пониженного давления.
Эти явления приводят к возникновению в каждом из осевых сечений канала на изгибе разности давлений у его наружной и внутренней стенок. Эта разность давлений вызывает внутри потока новое добавочное движение в виде замкнутой циркуляции жидкости в осевых сечениях канала.
Поэтому весь поток на изгибе начинает вращаться вокруг своей продольной оси, на это вращение и затрачивается энергия его начального прямолинейного движения.
Циркуляция или вращение потока вокруг своей продольной оси всегда совершается так, что течение жидкости у дна канала направлено от внешней его стенки к внутренней (сплошная линия), а на поверхности – от внутренней к внешней (пунктирная) (рис.5[6]).
3. Ввиду того, что на изгибе кроме продольного движения по каналу поток получает еще новое движение циркуляции в осевых плоскостях, кинетическая энергия которого равна кинетической энергии первого движения, полная кинетическая энергия частиц жидкости на изгибе потока равна двойной кинетической энергии его прямолинейного движения.
4. На изгибе потока движение жидкости не может быть плоским. Точная теория движения жидкости на изгибе потока может быть развита только на основе винтового движения жидкости. В упрощенном виде системой всасывающих и выбрасывающих источников-точек, характеризующих неплоскостность самого движения [6].
Рассмотренная нами осевая циркуляция, состоит из двух повторяющихся процессов движения жидкости – источника – радиально отбрасываемой от оси вращения жидкости. И обратного радиального стока жидкости от стенки к оси вращения. Процессы, сопровождающиеся осевой циркуляцией являются нерабочими, т.е. не совершающими работу, не расходующими энергию основного потока или вращения жидкости. Осевая циркуляция жидкости есть результат внутренних деформаций жидкого тела, вызываемых в нем деформациями внешними. А возникающая при этом энергия циркуляции – следствие инерции массы жидкости и реакции добавочных связей.
Парадоксальное на вид появление дополнительной энергии в нерабочем процессе с сохранением подводимой энергии, которая на первый взгляд не вписывается в общие представления о законах сохранения – вот главная причина малоизвестности и непопулярности работ проф. А.Я.Миловича.
К сожалению, в данном случае научный мир повел себя с позиции «страуса» - вместо детального изучения парадокса, явления не вписывающегося в общепринятые «карикатурные» представления, - ученые решили спрятаться от проблемы, оставив ее без внимания. Так же как и в случае с «холодным» электричеством Н.Тесла, трубкой Ранке, самоподдерживающимися технологиями В.Шаубергера и др. Но Природу не обманешь, - явление, как существовало, так и существует, и будет существовать в естественном мире. А от такой научной «страусиной» политики начинает страдать не только человечество, но и Природа. Пришло время ее менять, разобравшись с природным механизмом энергии связи.
Энергия связи
В чем же суть проблемы?
Дело в том, что по законам механики в системе с одними только консервативными силами полная энергия остается неизменной. Могут происходить лишь превращения потенциальной энергии в кинетическую и обратно, но полный запас энергии системы измениться не может. Это положение называется законом сохранения энергии в механике [3]. Т.е. рассмотренная нами и имеющая место в действительности энергия осевой циркуляции по этому закону не имеет права на существование.
Имеет место не описанный еще в механике случай возникновения энергии при объединении нескольких систем в одну. С появлением энергии связи или синтеза, процессы общеизвестные в химии и в ядерной физике.
Проанализируем еще раз все, что мы знаем о процессах с осевой циркуляцией.
- Главное отличие – процесс нерабочий – первоначальная энергия движения жидкости сохраняется. Процесс организован так, что «…поток в целом, при своем движении по закруглению канала или изгибе перемещается только поступательно и никакого момента вращения относительно оси изгиба не имеет.
Смысл всех внутренних деформаций его заключается, таким образом, в том чтобы переложить массу жидкости через искривление, не сообщая ей момента вращения» [1].
Т.е. поток решает вопрос прохождения искривления сам, без привлечения «приложенных сил» (в определении И.Ньютона). И энергию для этого находит также сам. Создавая дополнительные потоки циркуляции для «выкручивания» основного потока на изгибе, обеспечивающие поддержание постоянства первоначальной энергии – «врожденной силы материи» (в определении И.Ньютона). При этом происходит увеличение «врожденной силы материи», т.е. ее энергии до изгиба на величину суммарной кинетической энергии циркуляции. Расход этой циркуляции характеризует увеличение количества движения или инерционной массы жидкости.
«Врожденная сила материи» - это присущая ей способность поддерживать постоянство своей энергии [7].
Осевая циркуляция – это механизм, обеспечивающий постоянство энергии материи при деформации, реакция связи на изменение внешних условий среды.
Циркуляция – результат обратной связи между телом и внешним фактором. Энергия циркуляции – это дополнительная энергия внешней среды вызвавшей деформацию, т.е. энергия связи с внешним фактором. – Энергия реакции добавочных связей, обеспечивающих выполнение граничных условий движения.
Энергия связи заставляет нас переосмыслить основы механики Ньютона в понимании роли и содержания врожденной силы материи. Подводит к пересмотру приоритетов или, как сейчас модно, - к смене парадигмы. - От приложенных сил в пользу сил, поддерживающих сохранение врожденных сил материи или консервации ее энергии.
В Природе существует не просто закон сохранения материи или энергии, о котором мы уже знаем, но и механизм, обеспечивающий выполнение этого закона. Как это происходит?
Жидкое тело, при вращении вокруг оси по закону площадей (Рис.4[1]) подвергается воздействию двух взаимно перпендикулярных консервативных силовых полей – силы тяжести и центральных сил инерции, связанных между собой обратной связью. – Центробежная сила или сила инерции потока влияет на состояние жидкости в перпендикулярном ей потенциальном поле силы тяжести, увеличением потенциальной энергии у стенки на величину пропорциональную ω2R2/2g исоответствующим разряжением, снижением давления вблизи оси. Что в свою очередь вызывает радиальный поток, устремляющийся к оси вращения по дну сосуда, достигнув которой он под действием центробежной силы вдоль свободной поверхности опять отбрасывается к стенке. Так возникает осевая циркуляция жидкости. Мы имеем случай, когда энергия привода или потока не расходуется непосредственно на получение «приложенной силы», а через деформацию внутри потока приводит к изменению потенциала поля – понижению давления на оси и возрастанию вблизи вертикальной стенки.
Энергия связи – это дополнительная энергия среды, возникающая под влиянием динамического взаимного объединения потенциалов нескольких консервативных полей.
Дополнительная энергия связи возникает только при наличии процесса циркуляции и причин его вызывающих и пропадает сразу после их исчезновения. Энергия связи аналогична энергии связи в химии и ядерной физике, а процессы ее внезапного возникновения и исчезновения напоминают процессы суперпозиции полей и квантования энергии.
Дополнительная энергия связи – это энергия самообеспечения процесса сохранения, консервации своей энергии «врожденной силы материи» от внешнего влияния. Энергия, обеспечивающая свою независимость или свободу, назовем ее, поэтому свободной. Это активная энергия, результат противодействия внешнему воздействию, реакции добавочных связей. Такое отношение к свободной энергии или энергии связи отличается от общераспространенной на западе. Там под свободной энергией (Free Energy) подразумевается полученная даром, бесплатная энергия. Т.е. нивелируется роль самой «врожденной силы материи», ее активная позиция по отношению к внешнему воздействию.
1- продолжение, начало часть 1 и окончание часть 3 в настоящем сборнике.
Литература
1. А. Милович «Нерабочий изгиб потока жидкости». Бюллетень политехнического общества, №10, 1914, стр.485-563.
2. The Energy Evolution, Vol.4 of the Eco-Technologyseries Viktor Schauberger, ed. Callum Coats.
3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.1. Механика, М.1974.
4. Люди советской науки. Александр Яковлевич Милович (К 90-летию со дня рождения), Инженерно-физический журнал, Том YIII, №3, март 1965, стр.406-408.
5. А.Я. Милович. Основы динамики жидкости (гидродинамика). Гос. энергетич. изд-во, 1933. стр.157
6. А.Я.Милович. Теория деления и соединения потоков жидкости. Мин.речн.флота СССР, 1947. стр.96
7. Бердинских В.В. Популярные основы единых физических представлений. Часть 1. Физика глазами гидравлика. - Черкассы, 1999.