نقض پایستگی جرم و انرژی

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
Hadi. G

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۹/۵/۲۰ - ۲۰:۵۴


پست: 5



نقض پایستگی جرم و انرژی

پست توسط Hadi. G »

سوال
جسمی به جرم m رو در خلا کامل فرض کنیدکه برای من ناظر سرعتش صفر هستش که بهش نیروی به اندازه ی f به مدت t ثانیه اعمال میشه. این جسم با سرعت v شروع به حرکت میکنه. تا اینجا این جسم انرژی مصرف کرده و اونو به صورت انرژی جنبشی ذخیره کرده. حالا بهش در جت عکس نیروی f به مدت t اعمال میشه. بازهم انرژی مصرف شد. و سرعتش صفر میشه. در حالت فرضی با این روش رفت و برگشت جسم میشه کل انرژی دنیا رو مصرف کرد. سوال من اینه اگه قانون پایستگی درسته. این انرژی تبدیل به چی شده.؟

Paradoxy

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2211

سپاس: 989

Re: نقض پایستگی جرم و انرژی

پست توسط Paradoxy »

برای نگه داشتن یک جسم در حال حرکت، شما انرژی دریافت میکنی (مصرف نمیکنی) و انرژی جنبشی جسم هیچ نمیشه. این انرژی در قالب انرژی پتانسیل، در سیستمی که جسم شما رو ساکن کرده ذخیره میشه. به عنوان مثال شما فرض کن که جسم رو به راه انداختی و حالا میخوای ساکنش کنی. جلوی مسیر حرکت جسم، یک فنر قرار میدی. خب همونطور که پیداست جسم به فنر میخوره، و فنر رو فشرده میکنه و بالاخره در یک نقطه ای می ایسته. حالا قبل از این که فنر یهو باز بشه و جسم رو در جهت مخالف پرتاب کنه، شما فرض کن که انتهای فنر رو با طنابی چیزی میبندی تا فنر ناگهان منبسط نشه و جسم ساکن بمونه سرجاش. حالا سوال، انرژی جنبشی جسم کجا رفته؟ خب جواب واضحه، توی فنر ذخیره شده. اگر فنر رو آزاد کنیم، دوباره اون انرژی ذخیره شده به جسم برگردونده میشه و جسم به راه میوفته. انرژی نیست و نابود نمیشه. اهمیتی هم نداره که شما جای فنر، دست یه آدم رو بزاری یا اصولا از هر مکانیسم دیگه ای استفاده کنی. ساز و کار کلی قضیه همینه، ممکنه حالا مثل فنر آشکار نباشه. یه حالت دیگه هم برای ساکن کردن جسم در حال حرکت وجود داره. اونم اینه که جسم برخورد غیر الاستیک رو تجربه کنه. مثلا وقتی دوتا ماشین در جهت مخالف هم حرکت می کنند و تصادف میکنند، هردو به سکون میرسند. خب انرژی جنبشیشون کجا میره؟ اون انرژی صرف له کردن اجزاء بدنه ماشین میشه و در قالب گرما پخش میشه.

Hadi. G

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۹/۵/۲۰ - ۲۰:۵۴


پست: 5



Re: نقض پایستگی جرم و انرژی

پست توسط Hadi. G »

با تشکر از جوابی که دادید. ولی من جوابمو نگرفتم. شما تو سوال من به دو نکته توجه نکردی. اول اینکه من گفتم در شرایط خلا کامل . یعنی جسم تحت تاثیر هیچ گرانش یا نیروی دیگه ای نیست. دوم اینکه سرعت هر جسمی در هر لحظه برا خودش صفره. اصلا سوالمو یه جور دیگه مطرح میکنم.
فرض کن داخل یه فضاپیما هستیم. در شرایط خلا کامل. پیشران رو روشن میکنیم به t ثانیه. در حهتی شروع به حرکت میکنیم برای ناظر بیرونی با سرعتی برابر با v. حال میخواهیم برگردیم به سرعت و مکان اولیه از دید ناظر بیرونی. ایا میتونم بدون مصرف انرژی اینکار رو بکنیم.؟ یا باید انرژی مصرف شه؟ ای انرژی کجا میره؟

Paradoxy

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2211

سپاس: 989

Re: نقض پایستگی جرم و انرژی

پست توسط Paradoxy »

1. چیزی که من گفتم، در خلا کامل هم قابل فرض هستش. جای دوتا ماشینی که برخورد غیر الاستیک دارند، دوتا فضاپیما در خلا بزارید، و یا به همین ترتیب یک فنر غول پیکر رو در فضا فرض کنید!

2. پس سوال شما مربوط به خود پیشران هست. اساس پیشران بر مبنای پایستگی تکانه در هر لحظه هستش. چطور یک فضاپیما در فضا شتاب میگیره یا سرعتش رو کم میکنه؟ خب خیلی ساده. برآیند تکانه در هر سیستمی در هر لحظه باید ثابت بمونه. فضانوردی رو فرض کنید که در اعماق فضا معلقه. اگر این فضانورد مثلا دستش یک آچار فرانسه باشه و اون رو به جلو پرتاب کنه، طبق پایستگی تکانه خود فضانورد باید به عقب رونده بشه تا تکانه قبل از پرتاب (که صفره) با بعد از پرتاب یکی بشه. در واقع قانون کنش و واکنش نیوتون رو اگر بدونید، متوجه اساس پیشران هم میشید. چون فضانورد به جلو نیرو وارد میکنه، آچار فرانسه به فضانورد در جهت مخالف، و در واقع به عقب نیرو وارد میکنه. اما در پیشران چه اتفاقی میوفته؟

1. فضاپیما انرژی پتانسیل شیمیایی ذخیره شده در سوخت رو با سوزوندن اون آزاد می‌کنه.
2. این انرژی پتانسیل شیمیایی، به انرژی جنبشی برای مولکول های سوخت تبدیل میشه.
3. ملوکول های سوخت که مدتی قبل ساکن بودند (نسبت به فضاپیما)، حالا با سرعت و حجم بسیار زیادی از پشت یا جلوی فضاپیما بیرون میزنند.
4. طبق قانون کنش و واکنش نیوتون، تکانه ای در جهت مخالف تکانه مولکول های سوخت، به فضاپیما وارد میشه.
مثلا اگر فضاپیما در حال حرکت به راست باشه، پیشران به شکلی تنظیم میشه که مولکول های سوختش به سمت راست بیرون بزنند و در نتیجه فضاپیما در جهت مخالف یعنی سمت چپ شتاب بگیره و به تدریج از دید ناظر بیرون از فضاپیما بایسته. یا اگر خواستن به فضاپیما شتاب بدن، ملوکول هارو به سمت چپ میزنن و ...

آیا انرژی ای تلف شده؟
خیر! تنها اتفاقی که افتاده، تبدیل انرژی پتانسیل شیمیایی سوخت، به انرژی جنبشی برای مولکول های سوخت بوده.
چطور فضاپیما بدون صرف انرژی شتاب میگیره، و از سکون در میاد، یا شتاب میگیره و ساکن میشه؟
با قانون کنش و واکنش نیوتون.

پ.ن: البته طبیعی هستش که در عالم واقعیت، بخش بسیار زیادی از سوخت تبدیل به انرژی گرمایی میشه و عملا شتابی برای فضاپیما حاصل نمیکنه... با همه ی این اوصاف سازوکار پیشران تغییری نمیکنه.
پ.ن2: یکی ممکنه براش سوال بشه که چطور پایستگی تکانه داریم وقتی فضاپیما داره شتاب میگیره... خب گفتم پایستگی تکانه برای کل سیستم (یعنی هم فضاپیما و هم سوختی که ازش داره خارج میشه) در هر لحظه داریم. یعنی یک بازه زمانی خیلی کوچک که عملا میشه فضاپیما و پیشران رو مقایسه کرد با فضانورد و آچار فرانسه ش.

Hadi. G

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۹/۵/۲۰ - ۲۰:۵۴


پست: 5



Re: نقض پایستگی جرم و انرژی

پست توسط Hadi. G »

ممنون از پاسختون.
قضیه ی فضا نورد و اچار فرانسه همیشه درست نیست.
مثال
پیشران رو در نظر بگیر که به این شکل کار میکنه.
یه میدان مغناطیسی قوی که یه سیم با جریان زیاد عمود براون هستش. بهش یه نیروی عمود بر راستای سیم و میدان مغانطیسی ایجاد میشه. درسته با تکنولوژی امروزی نمیشه یه همچنین پیشرانی ساخت که به صرفه باشه. ولی امکان ساختش هست. حالا اگه پیشران این شکلی باشه. اچار فرانسه چیه؟. :) یه جور ایی شبیه پیدا کنید پرتقال فروش رو شد؟

Paradoxy

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2211

سپاس: 989

Re: نقض پایستگی جرم و انرژی

پست توسط Paradoxy »

یعنی چی همیشه درست نیست؟ فیزیک همیشه درسته... چون اصلا جوری طراحی شده که همیشه جواب درست رو بده. حرفتون مثل اینه که بگید دودوتا ممکنه چهارتا نشه.

اگر منظورتون این هستش که قیاس مع الفارغی کردم، بازم خیر! خب تمام پیشران ها بر اساس قانون کنش و واکنش کار میکنند. این که من ریز شدم و با جزئیات بیشتری توضیح دادم صرفا برای این بوده که یک دید شهودی بهتون بدم اون زیر چه اتفاقی داره میوفته، وگرنه مکانیسم مهم نیست، فیزیک یکیست. نیاز نیست دنبال پرتقال فروش باشید، خیلی واضح فکر میکنم گفتم که عامل راننده پیشران، نیروی واکنش سوختی هستش که از پشت فضاپیما میزنه بیرون. مثال فضانورد رو دوست ندارید، خب فراموشش کنید و صرفا به پیشران بچسبید.

در مورد مثال جدیدی هم که زدید،

فقط مختصر بگم که بله، میدان مغناطیسی قوی شما! یک منبع تولید کننده (مثلا یک آهنربای غول پیکر یا یک سیم حامل جریان) داره. میدان مغناطیسی از آسمون مفتی که نازل نمیشه... خودمون باید تولیدش کنیم. درست همونطور که میدان مغناطیسی، به سیم حامل جریان نیرو وارد می‌کنه و اون رو به عقب یا جلو میرونه، باید بدونید که سیم حامل جریان هم خودش تولید کننده میدان مغناطیسیه، و درست به همون اندازه که منبع تولید کننده میدان مغناطیسی به سیم نیرو وارد میکنه در عوضش سیم به منبع تولید کننده در جهت مخالف نیرو وارد می‌کنه. جای سیم، یه تیکه آهن هم بزارید همین قضیه هست. یکم با آهن و آهنربا بازی کنید شهودی بهتر متوجه میشید. (مثلا یه آهنربای سبک رو در نزدیکی یک تکه آهن سبک قرار بدید میبینید هردو در جهت مخالف هم حرکت میکنند. البته سرعتشون یکی نمیشه، چون جرم هاشون معمولا یکی نیست)

1. اگر بخواید منبع تولید کننده میدان مغناطیسی رو درون سفینه قرار بدید و سیم حامل جریان هم داخل سفینه قرار بدید، جسمتون حرکت نخواهد کرد. درست به همون دلیل که اگر شما موی سرت رو محکم بکشی به سمت بالا، از سطح زمین فاصله نمیگیری (نیروی کنش و واکنش هم دیگه رو خنثی میکنند). مهم نیست این سیستم رو چه مدلی بسازید، کار نمیکنه.

2.اگر هم منبع میدان مغناطیسی رو بیرون از سفینه بزارید تا از بیرون به سفینه نیرو وارد کنه، خب همونطور که گفتم پایستگی تکانه و انرژی داریم. تکانش که مشخصه، چون منبع و سیم هم دیگه رو پس میزنن در جهت مخالف، همون کنش و واکنش خودمون، انرژیش ممکنه یکم مبهم باشه که اونم سادست.

اگر از آهنربا دائمی استفاده کنید، با شتاب گرفتن سفینه و به حرکت افتادن منبع تولید کننده میدان مغناطیسی، رفته رفته آهنربامون ضعیف تر میشه. چرا؟ چون عامل تولید کننده میدان مغناطیسی آهنربا، دو قطبی های مغناطیسی خیلی کوچیکی هستند که درون آهنربا با نظم خاصی چیده شدن. مثلا زمانی که آهنربا خودش تحت اثر میدان مغناطیسی دیگری قرار میگیره، دو قطبی ها نظمشون بهم میخوره و در نتیجه آهنربا تضعیف میشه. به عبارت دیگه انرژی از هیچ! تولید نمیشه بلکه انرژی ذخیره شده در آهنربا که در قالب نظم دو قطبی های موجود در اون ظاهر شده، به تدریج تضعیف میشه و به انرژی جنبشی فضاپیما تبدیل میشه.

ما خودمون هم میخوایم آهنربای دائمی ایجاد کنیم، میاییم و انرژی مصرف میکنیم و میدان مغناطیسی قوی ای در جهت مناسب تولید میکنیم که دوقطبی های نامنظم توی جسم مورد نظرمون رو منظم کنیم. این ازین. بنابرین در هر صورت نیاز به مصرف انرژی داریم. برعکس، اگر دنبال متوقف کردن سفینه باشیم و کاهش دادن انرژی جنبشی اون، میتونیم ببینیم که میدان مغناطیسی این بار به گونه ای عمل میکنه که دوقطبی های آهنربا رو منظم تر و منظم تر میکنه و انرژی جنبشی سفینه به انرژی پتانسیل آهنربا که همون نظم دوقطبی هاش هست تبدیل میشه. یادتونه مثال فنر زدم؟ یکم فکر بکنید متوجه میشید که اینم همونه، ظاهر قضیه ممکنه عوض شده باشه اما مکانیسم یکیست.

اگر هم به جای آهنربا با دوتا سیم حامل جریان سر و کار داشته باشید که بهم نیرو وارد میکنند و فرض هم کنیم که این سیم ها ابر رسانا هستند و مقاومتی ندارند، همچنان به مشکل مشابهی میخوریم. میدان مغناطیسی سیم ها در جهت کاهش جریان سیم ها عمل میکنه، به عبارت دیگه میدان مغناطیسی ای که قراره دو سیم رو هل بده و از هم دور بکنه و خودش توسط همین جریان سیم ها داره تولید میشه، میاد جلوی جریان ها رو میگیره و خودش رو ضعیف میکنه. ما مجبوریم با اعمال اختلاف پتانسیل خارجی و مصرف کردن انرژی، جریان سیم هارو ثابت نگه داریم تا فضاپیما بتونه شتاب بگیره. به عبارت دیگه انرژی خارجی ای که ما به منبع تولید کننده جریانمون میدیم، تبدیل میشه به انرژی جنبشی، و زمانی که هم که میخوایم متوقف بکنیم سفینه رو، میدان های مغناطیسی به گونه ای عمل میکنند که در جهت موافق جریان و زیاد کردن جریان باشند، و اگر سیستم های ما به گونه ای ساخته شده باشه که جریان رو ثابت نگه دارند، درست همون انرژی جنبشی ای که به سفینه داده بودیم رو در قالب انرژی پتانسیل در منبعمون تحویل میگیریم (مثلا باتری تولید کننده جریانمون شارژ میشه). این مورد بر خلاف آهنربا یه ذره سازوکارش پیچیده تره که چطور جریان ها افت پیدا میکنند، در واقع چون میدان مغناطیسی متغیر داریم (میدان مغناطیسی به تدریج تضعیف یا تقویت میشه، بسته به جهت حرکت فضاپیما) طبق قانون لنز میدانی القا میشه که روی جریان اثر میزاره. منتهی دیگه انقدر تایپ کردم که حالشو ندارم، یه سرچی بزنید میفهمید چی به چیه. خلاصه لپ کلام، هرجور سیستمی دوست داشتید بزارید، پایستگی انرژی این مدلی نقض بشو نیست. من خودم یه مدت دنبال پارادوکس بودم توش. ولی بی تعارف بگم، وقتتون رو تلف میکنید.

Hadi. G

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۹/۵/۲۰ - ۲۰:۵۴


پست: 5



Re: نقض پایستگی جرم و انرژی

پست توسط Hadi. G »

دوست عزیز. ممنون که وقت میزاری و به این خوبی توضیح میدی.
من جوابمو گرفتم.
تو قسمت کشیدن مو مشکل داشتم. که به لطف شما حل شد smile055 smile055 smile055 smile055
ولی اگه این سوالا به ظاهر مسخره طرح و پاسخ داده نمی شد. علم هرگز پیشرفت نمیکرد.
smile202
بازم ممنون

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 635

سپاس: 395

جنسیت:

تماس:

Re: نقض پایستگی جرم و انرژی

پست توسط rohamjpl »

اصل تداوم ، معادله مداوم ، اصل مکانیک سیالات. به بیان ساده ، آنچه در یک حجم مشخص در یک زمان مشخص جریان می یابد ، منهای آنچه در آن زمان از آن حجم خارج می شود ، باید در آن حجم جمع شود. اگر علامت تجمع منفی باشد ، مواد موجود در آن حجم تخلیه می شود.در فیزیک ، اصطلاح حفاظت به چیزی گفته می شود که تغییر نکند. این بدان معناست که متغیر معادله ای که نشان دهنده یک مقدار محافظت شده است ، در طول زمان ثابت است. هم قبل و هم بعد از یک رویداد دارای همان ارزش است.
مقادیر زیادی حفظ شده در فیزیک وجود دارد. آنها اغلب برای پیش بینی شرایطی که در غیر این صورت شرایط بسیار پیچیده ای است ، به طرز چشمگیری مفید هستند. در مکانیک ، سه کمیت اساسی وجود دارد که حفظ می شود. اینها انرژی ، حرکت و حرکت زاویه ای هستند.
، به کل انرژی یک سیستم اشاره دارد. با گذشت زمان از حرکت اجسام ، انرژی مرتبط با آنها - به عنوان مثال ، پتانسیل جنبشی ، گرانشی ، گرما - ممکن است تغییر شکل دهد ، اما اگر انرژی صرفه جویی شود ، در این صورت کل ثابت خواهد بود.صرفه جویی در انرژی فقط برای سیستم های جدا شده اعمال می شود. توپی که از کف ناهموار عبور کند از قانون صرفه جویی در انرژی پیروی نمی کند زیرا از کف جدا نشده است. در واقع کف زمین از طریق اصطکاک روی توپ کار می کند. با این حال ، اگر توپ و زمین را با هم در نظر بگیریم ، در این صورت صرفه جویی در مصرف انرژی اعمال می شود. ما به طور معمول این ترکیب را سیستم کف توپ می نامیم.حتی اگر انرژی در فرآیند تبدیل انرژی صرفه جویی شود ، بازده انرژی مفید یا کار کمتر از انرژی ورودی خواهد بود. اثر کارایی یک فرآیند تبدیل انرژی به این صورت تعریف شده است$\displaystyle\text{Efficiency}(Eff)=\frac{\text{useful energy or work output}}{\text{total energy input}}=\frac{W_{\text{out}}}{E_{\text{in}}}\\$ درمکانیک سیالات برای یک مایع تک جزئی ، حفظ جرم به دنبال دارد$\left(\begin{array}{c}\text{mass of fluid } \\ \text{in volume }\Delta V\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\text{flux of fluid } \\ \text{in/out of volume }\Delta V\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\text{sources or} \\ \text{sinks in }\Delta V\end{array}\right)$که به صورت $\frac{\partial \rho}{\partial t}=-\frac{\partial\rho v_x}{\partial x}-\frac{\partial\rho v_y}{\partial y}-\frac{\partial\rho v_z}{\partial z}+r$
در نهایت $\frac{\partial\rho}{\partial t}+\nabla\cdot\rho\mathbf{v}=0$این قانون را می توان به صورت ریاضی در زمینه های مکانیک سیالات و مکانیک پیوستار ، جایی که صرفه جویی در جرم معمولاً با استفاده از معادله پیوستگی بیان می شود ، به صورت دیفرانسیل به صورت زیر بیان کرد:${\displaystyle {\frac {\partial \rho }{\partial t}}+\nabla \cdot (\rho \mathbf {v} )=0,}$جرم سیستم در طول زمان ثابت می‌ماند
تصویر

ارسال پست