Скачать приложение можно, нажав СЮДА!!!

РАЗМЫШЛЕНИЯ ОБ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

С.Н. Шмидт

Посадим Галилея и Эйнштейна в КЛА и отправим на орбиту ИСЗ. Каждый из них может пользоваться только теми приборами, которые были известны в его время. Галилей может наблюдать за Эйнштейном в подзорную трубу, но не может видеть Землю. Эйнштейн может видеть Галилея, измерять расстояние и относительную скорость КЛА с помощью «оптических приборов», но не может видеть движение относительно Земли. Ньютон будет за ними наблюдать в свой телескоп с Земли.

Галилей и Эйнштейн на орбите и под водой

Галилей может только видеть КЛА Эйнштейна. Приборов для измерения скорости и расстояния у него нет. В качестве часов он может использовать только свой пульс.

Эйнштейн может видеть КЛА Галилея, а также измерять относительную скорость и расстояние между КЛА с помощью «светового луча» и «атомных часов».

Ньютон находится на «неподвижной» Земле, видит картину движения в свой телескоп и измеряет время «швейцарским хронометром».

Размышления Галилея.

1. Расстояние между мною и Эйнштейном сокращается.
2. Определить, кто из нас движется относительно Земли, с какой скоростью, и в каком направлении невозможно.
3. Я не могу знать, сколько времени осталось до столкновения и произойдет ли оно вообще.
4. Если столкновение неизбежно, то я все равно не могу заранее узнать о его последствиях.
5. Сидя в каюте парусного корабля, попивая чай и глядя на летающих мух, я предположил, что никакими средствами нельзя измерить скорость движения корабля, если не видеть Землю или разбегающиеся от форштевня волны. И придумал я тогда математическую формулу преобразования координат, а вот всех последствий даже и представить не мог.
6. Бильярд появился в Европе в 16 веке. Жаль, что я катал шары только по желобу и не догадался присмотреться к процессам удара шара по шару.
7.  

Размышления Эйнштейна.

1. Расстояние между мною и Галилеем сокращается.
2. Я знаю расстояние между КЛА и относительную скорость сближения.
3. Я вижу перед собой элементарную задачу столкновения двух шаров, как в бильярде.
4. Когда-то я предположил, что падение в лифте ничем не отличается от движения в невесомости на околоземной орбите.
5. Также я был уверен, что поведение шаров после удара не зависит от того, какой шар является мишенью.
6. Я тогда и предположить не мог, что меня запустят на орбиту, да еще вместе с Галилеем. А Ньютон будет поглядывать на нас да «посмеиваться».
7. Если я падаю на Землю, как в лифте, то есть вероятность того, что мы не столкнемся с Галилеем, но… тогда я разобьюсь об Землю.
8. Если я падаю на Землю вертикально и столкновение неизбежно, то… все будет зависеть от того, кто ударит, под каким углом и от упругих свойств корпуса КЛА. При упругом ударе снизу мой корабль начнет вначале удаляться от Земли, а затем выйдет на баллистическую траекторию снижения. Корабль Галилея уменьшит скорость, и направится к Земле по баллистической траектории.
9. Если я падаю вертикально, то в результате упругого удара возможен вариант, когда КЛА Галилея полетит вертикально вниз, а мой КЛА выйдет на околоземную траекторию.
10. Если я падаю вертикально, и удар будет неупругим, то мы оба свалимся на Землю.
11. Если мы оба находимся на круговых орбитах ИСЗ, то последствия удара будут зависеть от того, кто находится на более высокой орбите, и кто будет являться мишенью.
12. Разглядеть, который КЛА находится выше, невозможно.
13. Если я стану считать свой КЛА «неподвижным», то КЛА Галилея находится на более высокой орбите. В результате неупругого удара я упаду на Землю по баллистической траектории, а КЛА Галилея перейдет на эллиптическую орбиту.
14. Если я стану считать «неподвижным» корабль Галилея, то все произойдет наоборот, я останусь на орбите, а Галилей упадет на Землю.
15. И зачем я только связался с этой относительностью?
16.  

Размышления Ньютона.

1. С помощью телескопа и швейцарских часов я могу достаточно точно определить, куда и с какой скоростью движутся КЛА.
2. Зная закон гравитационного притяжения, я могу сказать, на какой высоте летят КЛА.
3. Зная параметры орбитального движения относительно «неподвижной» Земли, я могу точно сказать, когда и как произойдет столкновение.
4. Надо только посоветоваться с Гуком и можно точно сказать, что произойдет с Галилеем и Эйнштейном.
5. Да, можно было бы  догадаться и в мое время, что «неподвижная» система отсчета всегда находится в массивном небесном теле, относительно которого и производятся наблюдения. А во всем остальном я был абсолютно прав.
6. Только гравитация может дать нам внешнюю систему отсчета.
7. В бесконечном космосе не нужно искать абсолютно неподвижную систему отсчета. Достаточно все наблюдения производить с небесного тела, в гравитационном поле которого рассматривается движение других тел.  (Принцип матрешек)
8. Но… я не вижу, как могут определить Галилей и Эйнштейн скорости движения КЛА относительно «неподвижной» Земли.

Рассмотрим взаимодействие струй с объектом, неподвижным относительно Земли.

Поместим в воде цилиндрическую преграду с плоскими стенками.

Установим слева от неподвижной преграды батискаф, движущийся с определенной скоростью в направлении на преграду. Из батискафа вылетает струя воды и сталкивается с преградой.

Сила давления струи насоса левого батискафа на преграду. Движение вправо.

F_L = ρ*S_струи*(V_K + u)²;

Гидравлическое сопротивление преграды

F_SP = ρ*S_{преграды}*V_P²;

Сила инерции преграды

F_PI = a*m_P;

Уравнение движения преграды

F_L = F_SP + F_PI;

ρ*S_струи*(V_K + u)²  = ρ*S_{батискафа}*V_P² + a*m_P;

Скорость движения преграды

V_P = a*t

Ускорение преграды будет изменяться от а₀ при скорости преграды, равной нулю,   до нуля, при скорости преграды, равной (V_K + u)*( S_струи/ S_{преграды}). Всеми другими потерями пока пренебрегаем.

Относительно батискафа преграда может разогнаться до скорости относительного движения струи с учетом действия сил лобового сопротивления, то есть

V_S = (u)*(S_струи/ S_{преграды}).

Если бы струя не рассеивалась при движении, то преграда могла бы удаляться «бесконечно». Но этого, конечно, не произойдет, так как на некотором удалении от батискафа струя полностью «растворится» в окружающей среде и не будет оказывать на преграду никакого давления.

На этом удалении скорости движения преграды и батискафа уравняются.

Теперь установим впереди преграды (справа по ходу движения) второй батискаф, движущийся в том же направлении и с той же скоростью.

При этом в кильватере правого батискафа возникнет разрежение, и давление среды перед преградой уменьшится.

Это приведет к тому, что расстояние между левым батискафом и преградой увеличится.

Теперь направим на преграду из правого батискафа встречную струю.

Давление справа от преграды станет увеличиваться.

Когда относительная скорость истечения струи меньше скорости движения правого батискафа относительно Земли, струя движется вправо относительно окружающей среды и справа от преграды сохраняется зона пониженного давления.

При равенстве скорости правого батискафа относительно Земли относительной скорости истечения струи, давление справа от преграды станет равным давлению среды, и удаление преграды от левого батискафа будет соответствовать случаю отсутствия правого батискафа.

Когда относительная скорость истечения струи превысит скорость движения правого батискафа относительно Земли, давление справа от преграды превысит давление окружающей среды, и расстояние между преградой и левым батискафом станет уменьшаться. Струя из правого батискафа начнет двигаться влево относительно окружающей среды.

При определенных параметрах струй преграда будет располагаться посредине между батискафами. Это произойдет в том случае, если скорости струй относительно среды (или Земли) будут равны по величине и противоположны по направлению.

V_K + V_S1 = - (V_K + V_S2)

V_S2 = - (2V_K + V_S1);

При равных относительных скоростях истечения струй положение преграды будет зависеть от скорости движения батискафов относительно Земли.

Вот мы и вернулись к вопросу о максимальной скорости реактивного движения в среде.

В каком случае возможно движение корабля с реактивными движителями в сплошной среде со скоростью большей скорости истечения рабочего тела?

Только в том случае, если плотность рабочего тела будет выше плотности окружающей среды. Вернее, требуется условие преобладания секундного расхода рабочего тела через площадь сечения движителя на срезе сопла над количеством среды, набегающей на лобовую поверхность движущегося устройства в единицу времени.

Что изменится, если мы будем уменьшать плотность окружающей среды, например, проведем подобный эксперимент в воздухе?

Изменится расстояние, на которое удалится преграда от среза левого насадка.

Чем меньше плотность среды, тем на большее расстояние будет уходить преграда.

При плотности среды ниже плотности струи отрицательный напор, создаваемый правой струей будет оказывать определенное влияние на движение преграды.

Это нужно учитывать при проведении экспериментов со встречными струями.

03.08.2007

г. Кострома