Как Эйнштейн ошибся, неправильно применяя свой собственный «Принцип Относительности».
Сразу заявляю, что глубоко чту Эйнштейна и как великого учёного и великого человека. Восхищаюсь им и стараюсь по мере слабых сил своих ему подражать. Например, его идею о так называемых «скрытых параметрах» считаю совершенно верной, хотя практически все физики-теоретики придерживаются версии противоположной.
Но он – тоже, как и все мы, – только человек, а человеку свойственно ошибаться. В этом нет ничего позорного и унизительного. Да, все мы склонны ошибаться и как, ответил один известный физик-теоретик, когда ему указали на «ошибку» Эйнштейна: «Хотел бы и я ТАК ошибаться!»
В данной заметке я не стану ошибаться и не стану даже «хотеть ошибаться», а просто укажу на одну ОЧЕНЬ РАСПРОСТРАНЁННУЮ ошибку, допускаемую не только Эйнштейном, а сотнями и тысячами серьёзных физиков во всём мире и сегодня тоже
В 1910 году немецкий математик Мартин Вильгельм Кутта разработал аэродинамические принципы применимости закона Бернулли к обтеканию крыла и возникновению его подъёмноё силы. Кутта вместе со спектроскопистом и математиком Карлом Рунге разработал также метод решения дифференциальных уравнений, который и называется: Метод Рунге-Кутта.
(В моей памяти это словосочетание немедленно вызвало воспоминание очень юных лет.
Два студента, физик Валерий Резник-Тер-Оганесов и филолог Леонид Гуревич, ещё в годы существования Советского Союза сочинили некую оперу – музыкальную радиодраму «Дочь народа», посвящённую профессиональной стукачке и, по-совместительству, преподавательнице Истории КПСС – Алине Карловне Балбере. В опере этой, конечно, она – главная героиня, есть Троцкий, атаманы и сотники, монархист - старый большевик Сволочарский, хор и ШПИОН одной очень иностранной державы РУНГЕ-КУТТ!
Моё участие в этом выдающемся произведении искусства было более чем скромным: Я исполнял ВСЕ партии, не обладая ни в малейшей степени вокальными способностями. Посему, в точности, как у Ильфа и Петрова, пел все арии «Лишённым приятности голосом»!.
Так вот, партию Рунге-Кутта, попавшегося в лапы хитроумных чекистов, я тоже исполнял.
На мотив романса «Ночной смотр» М.Глинки «...В двенадцать часов по ночам из гроба встаёт барабанщик»:
Я, Рунге Кутт --- шпион проклятый!
Я, Рунге Кутт --- шпион заклятый!
Каюсь я! Каюсь Я! Боюсь я вас!
Приближённый метод решения
Дифференциального уравнения
Я украл! Я украл! Я украл!
Пусть казнят меня, не милуют!
Пусть все кости проварьируют (метод, применямый в Вариационном анализе)
А потом проинтегрируют
И два корня извлекут!
И два корня извлекут!»
Интермедия окончена.)
Параллельно с Кутта схожие работы опубликовал и русский математик Жуковский, а также Чаплыгин.
(Забавный пример того, ЧТО случается с физикой, когда за неё берутся математики!
В своё время Эйнштейн пошутил: «С тех пор, как математки взялись за мою Теорию Относительности, я сам пересстал её понимать!»)
Этот подход, а именно, объяснение с помощью закона Бернулли появления подъёмной силы крыла, стал общепринятным и остаётся таковым по сей день.
В 1916 году Альберт Эйнштейн опубликовал статью, в которой развивал схожую мысль, не зная о работах Кутта, Жуковского и Чаплыгина.
Перед нами – пример физического заблуждения более чем столетней давности и, самое забавное, до сих пор не исправленного. Ещё более забавно то, что, с одной стороны, это нелепое объяснение фигурирует в качестве КАНОНИЧЕСКОГО во всех учебниках физики, как для школ, так и для ВУЗов, а с другой – инженеры аэродинамики вычисляют подъёмную силу крыла по СОВЕРШЕННО другим формулам, полностью игнорируя эту замечательную теорию Кутта-Жуковского-Чаплыгина! Они рассчитывают эту силу, исходя из Второго и Третьего законов Ньютона – импульса отбрасываемого крылом самолёта или винтом вертолёта воздуха! И даже не вспоминают о постулатах Кутта, Жуковского и Чаплыгина!
Фактически, эта подъёмная сила есть сила реакции – воздух, отклоняемый или отбрасываемый крылом или винтом в одну сторону, вниз, в свою очередь, оказывает давление на нижнюю поверхность крыла или винта в противоположном направлении. Так что условно все такого рода летающие объекты можно назвать «реактивными», и самолёты, и вертолёты, и птицы, и даже насекомые --- все они летают за счёт реактивной силы отдачи отбрасываенмого их крыльями (или винтами) воздуха.
В чём причина такого расхождения теории и практики?
В школярском обярлычивании совершенно верного Принципа Относительности механического движения. Здесь можно применять и Галилеевский приницп и Эйнштейновский, разницы нет.
Принцип этот гласит: Все физические процессы в двух инерциальных системах, движущихся друг относительно друга, будут идентичны. Для простоты:
Летят параллельно друг другу две ракеты где-то в пространстве. Летят равномерно и прямолинейно. Так вот, все физические процессы, включая и электромагнитные, в этих ракетах будут происходить совершенно одинаково и, значит, космонавты, «не выглядывая наружу» никак не смогут установить, движутся ли они или покоятся и никакого «преимущества» ни у одной из ракет перед другой не будет.
Верен ли это принцип?
НЕСОМНЕННО.
Перенесёмся на грешную Землю, что, впрочем, роли не играет, можно это проделать и на Юпитере или Сатурне или Венере.
Итак, движется некий поезд равномерно и прямолинейно, допустим, без стука на стыках. Человек, стоящий на перроне, скажет, что поезд движется мимо него с некой скоростью.
Пассажир поезда, глядя в окно, скажет, что перрон с человеком движется относительно него. Но, в отличие от стоящего на перроне, именно на поезд действуют силы трения скольжения и качения (на колёса), именно поезду оказывает сопротивление рассекаемый им воздух. Так что здесь приницп относительности автоматически применять нельзя.
Есть огромная разинца между крылом, находящимся в набегающем на него потоке ветра или струи в аэродинамической трубе и крылом, движущемся относительно «неподвижного» воздуха. Картина распределения давлений в этих случаях совершенно разная. В случае ветрового потока или струи в трубе, вся масса движущегося воздуха имеет некую скорость относительно крыла и «лабораторной системы отсчёта», давление в ней во всю ширину потока – не атмосферное, а ниже, и поэтому в этом случае МОЖНО применять закон Бернулли и все следующие из него правила.
В случае, вроде бы внешне схожем – крыло движется сквозь массу воздуха (мол, какая разница, поток воздуха движется относительно крыла или крыло движется относительно воздуха!) разница в картине давлений несравнима с первым случаем ветра или трубы. НИКАКОГО ПОТОКА БОЛЬШИХ МАСС ВОЗДУХА В ЭТОМ СЛУЧАЕ НЕТ!
Поэтому в случае ветра или аэродинмамической трубы воздушные струи действительно создают разницу давлений в соответствии с законом Бернулли.
Во втором случае ситуация совершенно иная. Только тонкий слой воздуха, прилегающего к крылу, может оказать на него какое-то силовое воздействие. Вся остальная часть воздуха (в отличие от потока ветра или струй в трубе) в каком-либо действии на крыло не участвует. Там давление воздуха остаётся атмосферным! И сверху и на определённом расстоянии от крыла снизу. Поэтому всё воздействие воздуха на набегающее на него крыло сводится лишь к ОТКЛОНЕНИЮ МАСС ВОЗДУХА ВНИЗ. Именно поэтому инженеры аэродинамики считают импульс отбрасываемого (отклоняемого) крылом самолёта или винтом вертолёта воздуха, и даже не вспоминают о «струйках» Бернулли!
А загляните-ка в учебники...
Мол, какая разница, ЧТО движется?
Только что мы показали, что РАЗНИЦА ЕСТЬ и она огромна!
Даже такой простой и ясный ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ следует применять с умом, а не объярлычивать, то есть бездумно использовать верный закон или принцип, не считаясь с реальным положением вещей. С ситуацией, в которой закон просто НЕПРИМЕНИМ!
Но, увы, люди склонны ошибаться.
Задача же ЧЕЛОВЕКА РАЗУМНОГО, обнаруживать ошибки своего и чужого мышления и исправлять их, а не тупо упорствовать в совершенно ошибочных взглядах десятилетия и столетия!
Школярское использование верных в принципе законов и правил приводит только к нелепостям вроде вышеописанной.
И такое школярство тоже очень характерно для зашоренного мышления многих людей.
«Не надо думать, ДОГМА – БОГ,
ОНА за нас решит!»
8 II 2020
P.S. Даже не «Постскриптум», а длинное послесловие!
Если разместить на верхней плоскости крыла некого наблюдателя, вооружённого всеми необходимыми для замеров приборами, барометром, скажем, и анемометром, то попробуем взглянуть на ситуации ЕГО глазами.
Сможет ли он отличить друг от друга два состояния:
Первое: Крыло находится в потоке ветра или в аэродинамической трубе.
Второе: Крыло движется в «неподвижном» для внешнего наблюдателя воздухе.
Для внешнего наблюдателя, разумеется, всё ясно -- когда крыло неподвижно относительно него, а на него набегает поток воздуха от ветра или в аэродинамической трубе. И он так же ясно видит, когда крыло движется относительно него и неподвижного воздуха.
С наблюдателем на крыле – дело сложней. Во всех случаях он наблюдает набегающий на крыло поток воздуха. И поэтому повторяю вопрос: Сможет ли «крылатый» наблюдатель, находясь на верхней плоскости крыла, различить два упомянутых состояния?
«Крылатый» наблюдатель сначала будет измерять скорость воздушного потока.
Вблизи крыла! Воздух движется в обоих случаях.
Вдали от крыла! Допустим, он берёт и закрепляет анемометр на некой длинной палке и так измеряет скорость потока вдали. Да, и в этом случая, явно видно, что воздух быстро движется относительно крыла.
Вывод: Нет разницы! Что крыло движется, что ветер набегает -- ОДНО И ТО ЖЕ!
Но крылатый наблюдатель – УЧЁНЫЙ, (Настоящий, не прохвост и не верхогляд!) он не полагается только на анемометр. Теперь он тот же опыт проделывает с барометром.
Всегда над верхней поверхностью крыла!
Ведь именно там, по теории Кутта-Жуковского возникает некое ПОНИЖЕННОЕ давление! Когда крыло обдувается потоком ветра или находится в аэродинамической трубе, барометр показывает ВСЮДУ (вблизи и вдали) пониженное давление.
Зато, когда крыло движется в воздухе (относительно внешнего наблюдателя) барометр у крыла и вдали от него показывает обычное атмосферное давление!!!
(Разумеется, в обеих ситуациях барометр защищён от кинетического давления набегающего потока, «напора»)
Значит крылатый наблюдатель с помощью только одного прибора, барометра, МОЖЕТ установить, ЧТО движется. Он – относительно неподвижного воздуха или крыло находится в потоке ветра или в аэродинамической трубе.
Следовательно – более точный вывод:
Два этих состояния РАЗЛИЧНЫ по физическим параметрам и в этом смысле никак не равноценны!
Поэтому, если в крыле самолёта просверлить множество сквозных дырочек, общая площадь которых будет, скажем, десять процентов от всей площади крыла, то подъёмная сила крыла уменьшится примерно всего на эти десять процентов. А не упадёт до нуля, по теории Кутта-Жуковского (ведь дырочки позволят воздуху снизу проходить наверх и тем УРАВНИВАТЬ давление струек!)
Подъёмная сила крыла птиц, насекомых и самолётов создаётся лишь отбрасыванием и отклонением масс воздуха и ничем более!
Ситуация сравнима с принципом волновой механики: скорость волн в среде зависит лишь от свойств среды и НЕ зависит от скорости движения в ней источника волн или приёмника волн.
Альтиметры (высотомеры) в самолётах! Это ничто иное как барометры-анероиды. Если бы давление окружающего летящий самолёт воздуха вблизи него падало («по закону Бернулли») то лётчики никак не могли бы по альтиметру определять высоту своего полёта!!!
Парашютисты, делающие затяжной прыжок и довольно долго падающие без парfшюта (назвать это «свободным падением» нельзя, так как скорость падения более или менее стабилизируется из-за сопротивления воздуха), часто измеряют свою высоту над землёй по показаниям альтиметра. Так вот, есть и парашюты, оснащённые альтиметром, то есть показателем высоты (на случай, если паршютист потеряет сознание и не откроет парашюта сам. Альтиметр – это обычный БАРОМЕТР, измеряющий давление воздуха по известной Барометрической формуле Больцмана. Но, если бы из-за высокой скорости падения парашютиста 50-70 м/с давление окружающего его воздуха падало, то такой парают НИКОГДА БЫ не открылся, ибо прибор «считал бы», что находится высоко над землёй!
Принцип Относительности в аэро-гидродинамике НЕПРИМЕНИМ!