Смысл гипотез однородности

Задание

 

1. В чем смысл гипотез  однородности, изотропности пространства  и однородности времени? 3

2. Приведите примеры физических  полей 5

3. Как при ускоренном  горизонтальном движении сосуда  расположены поверхности равного  уровня? 7

4. Что означают слова  иностранного происхождения «субстанция», «локальный», «конвекция»? 8

5. Что такое поток скоростей  и как он связан с элементарным  расходом жидкости? 10

6. Что представляют собой  пьезометрическая и напорная  линии? 14

7. Какие задачи в общем  случае решает газовая динамика? 15

8. Как сила трения вязкой  жидкости зависит от скорости  жидкости? 17

Список литературы 19

 

1. В чем смысл гипотез однородности, изотропности пространства и однородности времени?

 

Однородность пространства и времени означает, что наблюдаемые физические свойства и явления должны быть одинаковы в любой точке пространства и в любой момент времени. Не существует выделенных в каком-либо отношении точек пространства и моментов времени.

Изотропность пространства означает, что все направления в пространстве равнозначны. Физические явления в замкнутой системе не должны изменяться при ее повороте в пространстве¹.

Пространство обладает свойством  однородности и изотропности, а время - однородности. Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек, а изотропность – в  равноправии всех направлений. Во времени  все точки равноправны, не существует преимущественной точки отсчёта, любую  можно принимать за начальную. Указанные свойства пространства и времени связаны с главным законом физики – законами сохранения. Это – одно из существенных выражений симметрии в мире. Симметрии относительно сдвига времени соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного сдвига – закон сохранения импульса; симметрии по отношению поворота координальных осей – закон сохранения момента импульса, или углового момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственного - временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем системам отсчёта. Геоцентрическая система К. Птоломея, изложенная им в труде «Альмагест», господствовала в естествознании до 16 в. Она представляла собой первую универсальную математическую модель мира, в которой время было бесконечным, а пространство конечным, включающим равномерное круговое движение небесных тел вокруг Земли². 

Согласно словарю русского языка С. И. Ожегова, время определяется в восьми понятиях:

1) в философском смысле  это одна из основных форм (наряду  с пространством) существования  бесконечно развивающейся материи;

2) продолжительность, длительность  чего - нибудь, измеряемая секундами, минутами, часами;

3) промежуток той или  иной длительности, в который  совершается что- нибудь, последовательная  смена часов, дней, лет;

4) определенный момент, в  который происходит что- нибудь;

 5) период, эпоха;

 6) пора дня, года;

7) подходящая, удобная пора, благоприятный момент;

8) то же, что досуг.

Это говорит о том, что время — это понятие неоднородное. Оно может употребляться в различных смыслах. Теория концепции современного естествознания, как и философия, изучает понятие времени в общефилософском смысле.

Важную роль в понимании  времени сыграла теория относительности  Альберта Эйнштейна. До появления этой теории в научном мире преобладало учение Исаака Ньютона, которое утверждало, что время абсолютно. Появление теории относительности сыграло главную роль в преодолении учения Исаака Ньютона. Альберт Эйнштейн утверждал, что существует принципиальная связь времени с материей (т. е. с массой) и движением. Согласно теории относительности, существует возможность относительного замедления времени при скоростях, близких к скорости света (это так называемый «парадокс близнецов»). Время изучается не только в философии, физике, концепции современного естествознания, но и в социальных науках. В социальных науках важное место заняло понятие объективного исторического времени³. Оно, это объективное историческое время, стало основой для культуры, истории и т. д. Изучение времени стало одной из основ для создания множества научных концепций:

 1) марксизма;

2) позитивизма;

3) эволюционизма;

4) учения Сорокина;

5) русского космизма.

Время характеризуется тремя  основными чертами:

1) однородностью;

2) непрерывностью;

3) однонаправленностью времени  (или необратимостью времени).

Однородность времени  означает, что любые явления, которые  происходят в одних и тех же условиях, но в разные периоды времени, протекают одинаково.

2. Приведите примеры физических полей

 

1. Гравитационное поле.

В рамках  классической физики  гравитационное взаимодействие  описывается «законом всемирного тяготения» Ньютона, согласно которому сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками с массами  m₁  и m₂  пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Здесь G — гравитационная постоянная, приблизительно равная   м³/(кг с²), R — расстояние между точками⁴.

 

2. Электростатическое поле.

Электрическое поле представляет собой  особый вид материи, связанный с электрическими зарядами и передающий действия зарядов друг на друга.

Если в пространстве имеется  система заряженных тел, то в каждой точке этого пространства существует силовое электрическое поле. Оно  определяется через силу, действующую  на пробный заряд, помещённый в это  поле. Пробный заряд должен быть малым, чтобы не повлиять на характеристику электростатического поля⁵.

3. Магнитное поле.

Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

Основной силовой характеристикой  магнитного поля является вектор магнитной индукции   (вектор индукции магнитного поля). С математической точки зрения   - векторное поле, определяющее и конкретизирующее физическое понятие магнитного поля. Нередко вектор магнитной индукции называется для краткости просто магнитным полем (хотя, наверное, это не самое строгое употребление термина).

4. Электоромагнитное поле.

Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, представимое как совокупность электрического и магнитного полей, которые могут при определённых условиях порождать друг друга⁶.

5. Поле ядерных сил.

Спорная теория основанная на наличии у ядер энергии поля, которая дает массу аналогичную  электромагнитной⁷.

3. Как при ускоренном горизонтальном движении сосуда расположены поверхности равного уровня?

 

Для измерения ускорения горизонтально  движущегося тела может быть использована закрепленная на нем U-образная трубка малого диаметра, наполненная жидкостью.

Пусть, тело с закрепленной на нем U-образной трубкой малого диаметра с жидкостью движется с ускорением «а» по горизонтальному прямолинейному участку пути. В системе отсчета, связанной с цистерной, на каждую частицу жидкости будет действовать сила тяжести mg (где m — масса частицы), направленная вертикально вниз, и сила инерции —mа, направленная горизонтально в сторону, противоположную ускорению нашей конструкции.

 

Сумма F сил mg и —mа отклонена в сторону, обратную ускорению «а». Но мы знаем что свободная поверхность жидкости всегда располагается перпендикулярно к силе, действующей на частицы жидкости. Значит, поверхность жидкости наклонится по отношению к горизонту А так как трубка это аналог сообщающихся сосудов, то в том конце трубки который расположен вторым по отношению к направлению ускорения уровень воды повысится.

4. Что означают слова иностранного происхождения «субстанция», «локальный», «конвекция»?

 

Субстанция (от лат. substantia — сущность, нечто, лежащее в основе) — то, что лежит в основе всего; то, что существует благодаря самому себе и в самом себе, а не благодаря др. и в др.; предельное основание, дающее возможность сводить чувственное многообразие и изменчивость свойств к чему-то постоянному, относительно устойчивому и самостоятельно существующему; материальный субстрат и первооснова изменений вещей (напр., атомы Демокрита). Субстанциальный — лежащий в основе, относящийся к субстанции существенный, материальный. В философии 20 в. понятие субстанции употребляется относительно редко⁸. Предполагается, что субстанция — это носитель свойств, нечто отличное от всех своих свойств. Но когда мы отбросим свойства и попробуем вообразить субстанцию саму по себе, мы убеждаемся, что от нее ничего не осталось... "Субстанция" — это фактически просто удобный способ связывания событий в узлы... Понятие "Субстанция" — это метафизическая ошибка, которой мы обязаны переносу в структуру мира структуры предложения, составленного из подлежащего и сказуемого»⁹.

Локальный [лат. localis < locus - место] - местный, не выходящий за определенные пределы.

Есть и другой вариант  объяснения данного слова:

Лока́льный (лат. localis) местный, свойственный данному месту; не выходящий за определенные пределы; л-ая война - местная (малая) война на ограниченной территории с участием обычно ограниченных военных сил и средств; л. цвет - в живописи - основной и неизменный цвет изображаемых объектов, условный, лишенный оттенков, которые возникают в природе под воздействием освещения, воздушной среды, рефлексов от окружающих предметов и т. д¹⁰.

Конвекция (от лат. convectio — принесение, доставка), перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками в-ва. Естественная (свободная) К. возникает в поле силы тяжести при неравномерном нагреве (нагреве снизу) текучих или сыпучих в-в. Нагретое в-во под действием архимедовой силы

FA=DrgV

(Dr — разность плотности  нагретого в-ва и окружающей  среды, V — его объём, g — ускорение  свободного падения; перемещается  относительно менее нагретого  в-ва в направлении, противоположном  направлению силы тяжести. Конвекция приводит к выравниванию температуры вещества. При стационарном подводе теплоты к веществу в нём возникают стационарные конвекц. потоки. Интенсивность конвекции зависит от разности температур между слоями, теплопроводности и вязкости среды.

На конвекцию. ионизованного газа (напр., солнечной плазмы) существенно влияет магнитное поле, степень ионизации газа и т. д.

При вынужденной К. перемещение  в-ва происходит гл. обр. с помощью  насоса, мешалки и др. устройств.

Конвекция широко распространена в природе: в нижнем слое земной атмосферы, в океане, в недрах Земли, в звёздах¹¹.

Физический энциклопедический  словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

5. Что такое поток скоростей и как он связан с элементарным расходом жидкости?

 

Все потоки имеют общие  гидравлические элементы: линии тока, живое сечение, расход, скорость. 

Средняя скорость потока v (м/с) — это частное от деления расхода потока на площадь живого сечения :

v = q/w 

Отсюда расход можно выразить так:

q = vw

Скорости потоков воды в сетях водопровода и канализации зданий обычно порядка 1 м/с.

Уравнение неразрывности  потока отражает закон сохранения массы: количество втекающей жидкости равно  количеству вытекающей. Например, расходы  во входном и выходном сечениях трубы  равны: q1=q2.

С учётом, что q=vw, получим уравнение неразрывности потока: v1w1=v2w2 . 

А если выразим скорость для выходного сечения  v2=v1w1/w2 ,  то можно заметить, что она увеличивается обратно пропорционально уменьшению площади живого сечения потока. Такая обратная зависимость между скоростью и площадью является важным следствием уравнения неразрывности и применяется в технике, например, при тушении пожара для получения сильной и дальнобойной струи воды.

Гидродинамический напор H (м) — это энергетическая характеристика движущейся жидкости. Понятие гидродинамического напора в гидравлике имеет фундаментальное значение.

Гидродинамический напор H  определяется по формуле :

,

где   z — геометрический напор (высота), м; hp — пьезометрический напор (высота), м; hv = v2/2g — скоростной напор, м; v — скорость потока, м/c; g —  ускорение свободного падения, м²/с.

Гидродинамический напор, в  отличие от гидростатического, складывается не из двух, а из трёх составляющих, из которых дополнительная третья величина hv отражает кинетическую энергию, то есть наличие движения жидкости. Первые два члена z+hp, также как и у гидростатического, представляют потенциальную энергию. Таким образом, гидродинамический напор отражает полную энергию в конкретной точке потока жидкости. Отсчитывается напор от нулевой горизонтальной плоскости О-О.