Существование вакуума в механике

Проблема существования вакуума в истории механики.

Худоерко Валентина

54 группа ФМиКн

Ва́куум (от лат. vacuus — пустой) — пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, содержащую газ при давлении значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером среды d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т. д. В зависимости от величины соотношения λ/d различают низкий, средний и высокий вакуум.

Краткая история

Этапы развития теоретической физики – физики вакуума:

• Предварительный (Демокрит, Аристотель, Греция, 2в. до н.э.),(« Все вещества состоят из частиц, между которыми пустота »), Ньютон,1679г .(«Эфир-эфирные тонкие частицы», затем , «Бог-это эфир»).
• Классический, макроуровневый (Опыты Г. Лоренца, Голландия, Фицджеральда, А.Майкельсона, США,1850-1889г.г.) .(«Эфир неподвижен, не увлекается частицами вещества при их движении» и «независимость скорости света от движения источника » и «Закон всемирного тяготения, определяющий силу взаимного притяжения тел, как функцию их массы и расстояния»).
• Релятивистский( Н.И.Лобачевский, Россия, 1826г, Б.Риман, 1890г..) .(«С силами, массами тесно связано само время, от них зависит и строение пространства, т.е. его геометрия»). Альберт Эйнштейн, Швейцария, 1905 - 1921г.г.) .(«Изменение размеров тела (пространства) и хода времени в разных системах отсчёта» и «Общая Теория Относительности (ОТО) «Движение масс вызывается искривлением пространства, искривление пространства вызывается населяющей его материей ») Макс Планк, Германия, 1900г., А.Комптон, США, 1922г.) .(«Свет является одновременно волной и частичей» и «Общая Теория Относительности (ОТО) Луи де Бройль, Франция 1924г.) .(«Всеобщий корпускулярно –волновой дуализм»), Нильс Бор, Дания, 1930г.) .(«Получение информации об одних физ. величинах связано с потерей информации о других величинах, дополнительных к данным»)
• Современный- доказательство существования материальной субстанции в мировом пространстве- физического вакуума .

Технический вакуум

• техническим вакуумом называют газ в сосуде или трубопроводе с давлением ниже, чем в окружающей атмосфере.
• Экспериментальные исследования испарения и конденсации, поверхностных явлений, некоторых тепловых процессов, низких температур, ядерных и термоядерных реакций осуществляются в вакуумных установках , В ядерной физике ускоритель заряженных частиц немыслим без вакуума. 

Физический вакуум

• Под физическим вакуумом в квантовой физике понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами .

Формирование концепции «Физический Вакуум»

Современный этап развития теоретической физики это накопление и объяснение доказательств существования материальной субстанции в мировом пространстве- физического вакуума .

Физический вакуум –носитель всех типов существующих полей :

1-электоромагнитного

2- гравитационного

3-первичного торсионного (Которое представляет простанственно-временные вихри правого и левого вращений, не переносящие энергии, но переносящие информацию, поле происходит из абсолютного «Ничто» и объясняется кручением пространства- т.е. это информационное поле, пронизывающее пространство. ) Геометрия пространства на этом уровне десятимерная (четыре линейных и шесть угловых координат).

4- вторичного

Физический вакуум -материальная среда, изотропно заполняющая всё пространство(включая как технический и космический вакуум, так и твердое вещество), имеющая квантовую структуру, ненаблюдаемую в невозмущённом состоянии

Актуальность перехода к понятию «Физический Вакуум»

Аспекты кризиса технологий ХХ1 века:

• Дальнейшее уменьшение технологических размеров в микро и нано электронике невозможно, т.к. уже давно достигло атомарного уровня
• Дальнейшее увеличение быстродействия оптических ЭВМ невозможно, т.к. уже давно достигло использования скорости света
• Гидроэнергетика исчерпала свои возможности созданием каскадов плотин и уничтожением лучших пахотных земель
• Ядерная техника и атомная энергетика дискредитировали себя бессильностью в обеспечении безопасности человека (Хиросима, Нагасаки, Чернобыль).
• Термоядерная энергетика до сих пор не вышла из стадии уровня начальных разработок (см. работы каф. МТ-11 по линии «Токамак»-1,Токамак-15 и др.)
• Несмотря на интенсивное развитие физики и электроники, объём результатов, содержащих «антинаучные» явления , необъяснимые современной (ортодоксальной) наукой постоянно растёт

Под влиянием трактата Галилея, где указывалось на ограниченность «боязни пустоты», в 1639—1643 гг. Гаспаро Берти на фасаде своего дома в Риме соорудил устройство (в более поздней терминологии, барометрическую водяную трубу), которое можно считать первой установкой для физического исследования вакуума.

Эванджели́ста Торриче́лли (итал. Evangelista Torricelli; 15 октября 1608, Фаэнца — 25 октября 1647, Флоренция) — итальянский математик и физик, ученик Галилея. Известен как автор концепции атмосферного давления и продолжатель дела Галилея в области разработки новой механики.

• Вакуумный насос фон Герике
• О́тто фон Ге́рике— немецкий физик, инженер и философ.
• С 1646 г. — бургомистр Магдебурга. В 1650 году изобрёл вакуумную откачку и применил своё изобретение для изучения свойств вакуума и роли воздуха в процессе горения и для дыхания человека.

Магдебургские полушария

• В эксперименте использовались «два медных полушария около 14 дюймов (35,5 см) в диаметре, полые внутри и прижатые друг к другу». Из собранной сферы выкачивался воздух, и полушария удерживались давлением внешней атмосферы.
• В соответствии с более поздними расчётами, для преодоления усилия необходимо было впрячь 13 сильных ломовых лошадей с каждой стороны.
• Насос и полушария в Немецком музее
• Оригинальные полушария хранятся в Немецком музее (в Мюнхене.

Давление твердых тел можно рассчитать по формуле:

Если площадь поверхности сферы будет

R – радиус сферы

Следовательно, чтобы оторвать полушария требуется груз массой 1256 кг или 16 лошадей

Бойль обнаружил, что в вакууме гибнут мелкие животные, огонь потухает, а дым опускается вниз (и, следовательно, так же подвержен влиянию силы тяжести, как и другие тела). Бойль выяснил также, что поднятие жидкости в капиллярах происходит и в вакууме, и тем самым опроверг господствовавшее тогда мнение, что в этом явлении участвует давление воздуха.

Роберт Бойль (1627-1691)

Закон Бойля - Мариотта

При постоянных температуре и массе газа произведение давления газа на его объём постоянно.

г де  — давление газа;  — объём газа, а  — постоянная в оговоренных условиях величина. В общем случае значение  определяется химической природой, массой и температурой газа.

Спасибо за внимание