Динамика криволинейного движения, центростремительная и центробежная силы в историческом аспекте., Эта тема не раз поднималась на форуме, вызывала бурную дискуссию. но н Опции

[alal]

Еще один момент, который не был достаточно освещен в этой теме. Почему спутники или планеты, вращающиеся, соответственно, вокруг своей планеты или Солнца не падают на своего "патрона". Если искусственный спутник сходит со своей орбиты, то причиной этому является потеря кинетической энергии на сопротивление разреженной атмосферы. Спутник совершает работу против сил трения , которая превращается в теплоту, соответственно снижается скорость вращения спутника и на его удержание на орбите требуемая центростремительная сила будет меньше, чем сила притяжения. Разница между силой притяжения и требуемой центростремительной силой G=P-mv_2/R заставит спутник снижать свою орбиту и двигаться по спирали. С увеличением сопротивления воздужа в более плотных слоях атмосферы скорость будет падать все сильнее и, соответственно, сила G увеличиваться.
В случае строго кругового движения в отсутствии сопротивления воздуха спутник (планета) будут двигаться практически вечно, так как центростремительная сила работу не совершает в виду отсутствия перемещения в направлении ее действия. Но тогда остается вопрос, а как быть, если движение не круговое, а по эллиптической орбите? Ответ простой. Хотя центростремительная сила и совершает работу при движении планеты (спутника) из апогея в перигелий , то эта работа расходуется на увеличение кинетической энергии движущегося тела и, соответственно, возрастает его линейная скорость. На следующем участке (от перигелия к апогею сила тяготения совершает отрицательную работу (тело движется против силы тяжести), а кинетическая энергия и скорость тела уменьшаются. В результате кругового цикла работа консервативной силы тяготения будет равна нулю, что вполне соответствует тому, что вектор перемещения по любому замкнутому циклу равен нулю, поскольку тело приходит в исходное положение, а произведение силы на нулевое перемещение дает и нулевую работу.
Точно также действуют на движущийся заряд и консервативные электромагнитные силы. Их работа по замкнутом циклу равна нулю.

Механик, а что вы скажете по этому поводу?
Я задавал вопрос чуть раньше, тема внуков вам должна быть близка
Сейчас у детей, внуков есть забавные игрушки дроны-мультикоптеры.
Запускаем этакую игрушку, заменив воздушные винты на реактивные, где-то в межгалактическом пространстве по строго круговой траектории с постоянной линейной скоростью.
ЦСС - присутствует, скорость постоянная.
Выполняет ли работу ЦСС ?

[mechanic]

Выполняет ли работу ЦСС ?

Вы наверно не разобрались в предыдущем посте №440. Он весь пост посвящен работе в поле тяготения и работе при наличии сил сопротивления. В отсутствие сил трения или сопротивления никакой работы ЦСС за полный цикл (оборот) по балансу не совершает. Происходит только превращение (полностью или частично) потенциальной энергии в кинетическую и, наоборот. В вашей задаче непонятно одно: вокруг какого центра идет вращение. От этого зависит выбор системы отсчета и природа ЦСС. (сила упругости, гравитационная или электромагнитная.)

[alal]

Вы наверно не разобрались в предыдущем посте №440. Он весь пост посвящен работе в поле тяготения и работе при наличии сил сопротивления. В отсутствие сил трения или сопротивления никакой работы ЦСС за полный цикл (оборот) по балансу не совершает. Происходит только превращение (полностью или частично) потенциальной энергии в кинетическую и, наоборот. В вашей задаче непонятно одно: вокруг какого центра идет вращение. От этого зависит выбор системы отсчета и природа ЦСС. (сила упругости, гравитационная или электромагнитная.)

Вокруг произвольно выбранного центра по программе полета, там в далеком межгалактичье нет гравитации, нет сил трения, ничего ни к чему не привязано, т.е. только за счет движителей коптер движется по кругу, подобно автомобилю, но без сил трения-сцепления.

[mechanic]

Вокруг произвольно выбранного центра по программе полета, там в далеком межгалактичье нет гравитации, нет сил трения, ничего ни к чему не привязано, т.е. только за счет движителей коптер движется по кругу, подобно автомобилю, но без сил трения-сцепления

Центр вращения выбран. Его можно принять за СО, причеи инерциальную, так как он находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. В таком же состоянии находится и космический аппарат. В отсутствие взаимодействия необходимо, во -первых, придать КА некоторую линейную скорость V относительно центра вращения в случае, если КА и центр вращения находятся в относительном покое. Во- вторых, надо заставить КА совершать вращательное движение. Для этого нужно иметь центростремительную силу, равную mV^2/R, и направленную к центру вращения. Единственным источником такой силы в данном случае будет реактивная тяга. Пока она есть КА может малость покрутиться и даже создать искусственную силу тяжести на корабле. Но когда топливо заканчивается то закончится и карусель как в песне "Не долго музыка играла, недолго фраер танцевал."
Эта задача решена в ИСО (центр вращения), но может быто решена космонавтами КА в НЕИСО связанной с КА. На космонавтов корабля будут действовать две силы: центробежная сила инерции, прижимающая их к полу, и опорная реакция пола.
Вся разница с рассмотренными ранее задачами состоит в том, что на соэдание центростремительной силы в первом случае используется дармовая сила тяготения, а во втором - требуется затрата энергии. Можно, конечно, прикрепить КА веревкой к небесной оси, но это уже будет совсем другая история.

[alal]

Центр вращения выбран. Его можно принять за СО, причеи инерциальную, так как он находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. В таком же состоянии находится и космический аппарат. В отсутствие взаимодействия необходимо, во -первых, придать КА некоторую линейную скорость V относительно центра вращения в случае, если КА и центр вращения находятся в относительном покое. Во- вторых, надо заставить КА совершать вращательное движение. Для этого нужно иметь центростремительную силу, равную mV^2/R, и направленную к центру вращения. Единственным источником такой силы в данном случае будет реактивная тяга. Пока она есть КА может малость покрутиться и даже создать искусственную силу тяжести на корабле. Но когда топливо заканчивается то закончится и карусель как в песне "Не долго музыка играла, недолго фраер танцевал."
Эта задача решена в ИСО (центр вращения), но может быто решена космонавтами КА в НЕИСО связанной с КА. На космонавтов корабля будут действовать две силы: центробежная сила инерции, прижимающая их к полу, и опорная реакция пола.
Вся разница с рассмотренными ранее задачами состоит в том, что на соэдание центростремительной силы в первом случае используется дармовая сила тяготения, а во втором - требуется затрата энергии. Можно, конечно, прикрепить КА веревкой к небесной оси, но это уже будет совсем другая история.

Так ведь в этом, в затрате энергии, и суть моего вопроса.
Ведь утверждается, что сила действующая перпендикулярно направлению движения не совершает работы, а здесь мы видим, что работа разворота не равна нулю.
Мы не можем спихнуть решение вопроса ни на электромагнитное взаимодествие как для случая веревки, ни на "дармовую силу тяготения" как для случая обращения вокруг планеты.

[mechanic]

Так ведь в этом, в затрате энергии, и суть моего вопроса.
Ведь утверждается, что сила действующая перпендикулярно направлению движения не совершает работы, а здесь мы видим, что работа разворота не равна нулю.
Мы не можем спихнуть решение вопроса ни на электромагнитное взаимодествие как для случая веревки, ни на "дармовую силу тяготения" как для случая обращения вокруг планеты.

Здесь вы запутались сами и попытались запутать и меня.
Центр вращения при более внимательном рассмотрении еще не система отсчета. Если вернуться к определению СО, то выяснится, что система отсчета состоит из ТЕЛА отсчета, связанной с ним системой координат и часов. В схеме, предложенной вами, нет тела отсчета, с которым должен взаимодействовать КА. Рассматривать вращение КА под постоянным действием реактивных сил некорректно, так как КА будет являться телом переменной массы, взаимодействующей со своей частью - выхлопными газами. Поэтому работа реактивных двигателей связана не с вращательным движением КА, а с отрывом его части.

[Дедуля]

Здесь вы запутались сами и попытались запутать и меня.
Центр вращения при более внимательном рассмотрении еще не система отсчета. Если вернуться к определению СО, то выяснится, что система отсчета состоит из ТЕЛА отсчета, связанной с ним системой координат и часов. В схеме, предложенной вами, нет тела отсчета, с которым должен взаимодействовать КА. Рассматривать вращение КА под постоянным действием реактивных сил некорректно, так как КА будет являться телом переменной массы, взаимодействующей со своей частью - выхлопными газами. Поэтому работа реактивных двигателей связана не с вращательным движением КА, а с отрывом его части.

В начале координат вовсе не обязано находиться тело отсчёта, достаточно например там быть ЦМ исследуемой системы.
И в данном случае можно ввести систему отсчёта с началом координат в центре вращения, ничего страшного.
Страшно то, что отсутствует центральное потенциальное поле заставляющее двигаться коптер, и ему приходится крутиться самому, постоянно совершая работу по изменению своего движения - ведь реактивная струя то улетает, вот по отношению к ней и совершается работа - она не движется по замкнутой траектории, а размазывается по спирали.

[alal]

Здесь вы запутались сами и попытались запутать и меня.
Центр вращения при более внимательном рассмотрении еще не система отсчета. Если вернуться к определению СО, то выяснится, что система отсчета состоит из ТЕЛА отсчета, связанной с ним системой координат и часов. В схеме, предложенной вами, нет тела отсчета, с которым должен взаимодействовать КА. Рассматривать вращение КА под постоянным действием реактивных сил некорректно, так как КА будет являться телом переменной массы, взаимодействующей со своей частью - выхлопными газами. Поэтому работа реактивных двигателей связана не с вращательным движением КА, а с отрывом его части.

Извините, механик, но тут вас понесло куда-то не в ту галактику ))
При чем тут СО ? Масса тела и прочее ?
Солнце изменяет массу непрерывно, Земля тоже, Международная космическая станция тоже.
Да рассматривайте коптер как некоторую часть с постоянной массой и пристегнутым движителем с любым соотношением масс от 1:1000000000 до 1000000000:1, или возьмите за центр СО одинокий межгалактический атом, ну или систему квазаров, пульсаров, как в современной астронавигации.
Здесь наличествует: движение по окружности (причем более идеальной , чем любая орбита любого реального КА), центростремительная сила, выполняемая работа. все!

[Неверующий]

Извините, механик, но тут вас понесло куда-то не в ту галактику ))
При чем тут СО ? Масса тела и прочее ?
Солнце изменяет массу непрерывно, Земля тоже, Международная космическая станция тоже.
Да рассматривайте коптер как некоторую часть с постоянной массой и пристегнутым движителем с любым соотношением масс от 1:1000000000 до 1000000000:1, или возьмите за центр СО одинокий межгалактический атом.
Здесь наличествует: движение по окружности (причем более идеальной , чем любая орбита любого реального КА), центростремительная сила, выполняемая работа. все!

Работа, по определению, есть скалярное произведение силы на путь, пройденный телом в результате действия этой силы, в направлении линии её действия.
Какой путь проходит КА, движущийся по круговой орбите, за один оборот, в направлении действия центростремительной силы, если он ровно через оборот оказывается в той же самой точке?
По круговой орбите любое тело может двигаться только под действием не одной, а пары сил - центростремительной и центробежной. - Эта пара сил динамически уравновешивается, т.е. перемещения вдоль линии действия центростремительной силы нет, следовательно, нет и работы.
Работа, совершаемая ракетным двигателем в Вашей задаче, производится не над КА, а над выбрасываемыми из сопла двигателя газами, ровно так же, как не совершает работы ракетный двигатель над ракетой, привязанной к стартовому столу тросами.

Условия Вашей задачи абсурдны, поскольку под действием только одной центростремительной силы можно двигаться с ускорением (ускоренным приближением) к центру вращения, но никак не по окружности.

[alal]

Работа, совершаемая ракетным двигателем в Вашей задаче, производится не над КА, а над выбрасываемыми из сопла двигателя газами

Я ценю ваше непревзойденное чувство юмора

[Неверующий]

Я ценю ваше непревзойденное чувство юмора

А что же ещё Вам остаётся, если в физике Вы нибельмеса.

[Дедуля]

А что же ещё Вам остаётся, если в физике Вы нибельмеса.

Да, он по своей детской наивности исключает из рассмотрения самое главное - реактивную струю.

[mechanic]

Да рассматривайте коптер как некоторую часть с постоянной массой и пристегнутым движителем с любым соотношением масс от 1:1000000000 до 1000000000:1, или возьмите за центр СО одинокий межгалактический атом, ну или систему квазаров, пульсаров, как в современной астронавигации.

В этом случае следует рассматривать КА и реактивный двигатель как два отдельных взаимодействующих тела. Космический аппарат в своем круговом движении работу соверщать не будет, а двигатель будет совершать работу по выталкиванию выхлопных газов, то есть части себя самого, чтобы создать центростремительную силу. ЦС в круговом движении будет полностью растрачена на создание центростремительного ускорения,то есть на изменение вектора скорости по направлению. Это с точки зрения наблюдателя, находящегося в центре вращения. (ИСО). Наблюдатель в КА (НЕИСО) будет ощущать искусственно созданную ЦБ силой силу тяжести, которой противодействует опорная реакция пола.
В начале координат вовсе не обязано находиться тело отсчёта, достаточно например там быть ЦМ исследуемой системы. Все правильно, Дедуля, но мы здесь решаем несколько иную задачу.

[Дедуля]

В этом случае следует рассматривать КА и реактивный двигатель как два отдельных взаимодействующих тела. Космический аппарат в своем круговом движении работу соверщать не будет, а двигатель будет совершать работу по выталкиванию выхлопных газов, то есть части себя самого, чтобы создать центростремительную силу. ЦС в круговом движении будет полностью растрачена на создание центростремительного ускорения,то есть на изменение вектора скорости по направлению. Это с точки зрения наблюдателя, находящегося в центре вращения. (ИСО). Наблюдатель в КА (НЕИСО) будет ощущать искусственно созданную ЦБ силой силу тяжести, которой противодействует опорная реакция пола.
В начале координат вовсе не обязано находиться тело отсчёта, достаточно например там быть ЦМ исследуемой системы. Все правильно, Дедуля, но мы здесь решаем несколько иную задачу.

Вы не задачу решаете, вы блудите в трёх соснах - разговор ни о чём.

[alal]

В этом случае следует рассматривать КА и реактивный двигатель как два отдельных взаимодействующих тела. Космический аппарат в своем круговом движении работу соверщать не будет, а двигатель будет совершать работу по выталкиванию выхлопных газов, то есть части себя самого, чтобы создать центростремительную силу. ЦС в круговом движении будет полностью растрачена на создание центростремительного ускорения,то есть на изменение вектора скорости по направлению. Это с точки зрения наблюдателя, находящегося в центре вращения. (ИСО). Наблюдатель в КА (НЕИСО) будет ощущать искусственно созданную ЦБ силой силу тяжести, которой противодействует опорная реакция пола.
В начале координат вовсе не обязано находиться тело отсчёта, достаточно например там быть ЦМ исследуемой системы.

Все вы , механик, правильно расписываете.
Но! Вопрос был поставлен так:
Совершает ли в данном случае работу центростремительная сила, которая постоянно направлена ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО движению коптера.

И это не зависит от выбора СО, ИСО, неИСО.

[mechanic]

Но! Вопрос был поставлен так:
Совершает ли в данном случае работу центростремительная сила, которая постоянно направлена ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО движению коптера.

В ИСО, связанном с центром вращения, ЦС работу не совершает. Термодинамическую работу расширения совершают выхлопные газы, а сила реакции на них играет роль ЦС.
В НЕИСО нет ЦС, а есть ЦБС инерции, эта сила прижимает космонавтов к полу, а КА с точки зрения космонавов, находящихся в НЕИСО неподвижен.

К этому следует добавить, что время существования такой системы вращательного движения целиком зависит от количества топлива у химических или двигателей с ядерной установкой.
Гораздо дольше могут работать электрические и фотонные РД.

Сообщение отредактировал mechanic - 30.9.2018, 21:26

[alal]

В ИСО, связанном с центром вращения, ЦС работу не совершает. Термодинамическую работу расширения совершают выхлопные газы, а сила реакции на них играет роль ЦС.
В НЕИСО нет ЦС, а есть ЦБС инерции, эта сила прижимает космонавтов к полу, а КА с точки зрения космонавов, находящихся в НЕИСО неподвижен.

К этому следует добавить, что время существования такой системы вращательного движения целиком зависит от количества топлива у химических или двигателей с ядерной установкой.
Гораздо дольше могут работать электрические и фотонные РД.

Ну, реактивный двигатель может иметь разную реализацию - химический, ионный, просто механически отбрасывающий некоторые массивные частицы с помощью пружинного аккумулятора энергии
А центростремительной называют силу любой природы, которая поворачивает тело, ну и перпендикулярна скорости.

[Неверующий]

Ну, реактивный двигатель может иметь разную реализацию - химический, ионный, просто механически отбрасывающий некоторые массивные частицы с помощью пружинного аккумулятора энергии
А центростремительной называют силу любой природы, которая поворачивает тело, ну и перпендикулярна скорости.

Определение V
Центростремительная сила есть та, с которою тела к некоторой точке, как к центру, отовсюду притягиваются, гонятся или как бы то ни было стремятся.
(И. Ньютон)

Т.е. Ваше "центростремительной называют силу любой природы, которая поворачивает тело, ну и перпендикулярна скорости", следствие незнания Вами физических определений, что лишний раз свидельствует о том, что в физике Вам делать нечего.

[vps137]

Определение V
Центростремительная сила есть та, с которою тела к некоторой точке, как к центру, отовсюду притягиваются, гонятся или как бы то ни было стремятся.
(И. Ньютон)

Т.е. Ваше "центростремительной называют силу любой природы, которая поворачивает тело, ну и перпендикулярна скорости", следствие незнания Вами физических определений, что лишний раз свидельствует о том, что в физике Вам делать нечего.

Это определение центральной силы, а не центростремительной.

[Неверующий]

Это определение центральной силы, а не центростремительной.

Определение V
Центростремительная сила есть та, с которою тела к некоторой точке, как к центру, отовсюду притягиваются, гонятся или как бы то ни было стремятся.
(И. Ньютон)

ЦЕНТРАЛЬНАЯ СИЛА, приложен­ная к материальному телу сила, линия действия к-рой при любом по­ложении тела проходит через нек-рую определённую точку, наз. центром силы. Примеры Ц. с.— сила тяготе­ния, направленная к центру планеты, кулоновы силы электростатич. притя­жения или отталкивания и др. Под действием Ц. с. центр масс свободного тела движется по плоской кривой, а отрезок прямой, соединяющей этот центр с центром силы, описывает в любые равные промежутки времени равные площади (см. Площадей закон). Теория движения под действием Ц. с. имеет важные приложения в небесной механике, при расчёте движения космич. летательных аппаратов, искусств. спутников и т. д.
(ФЭС)
Здесь