Miscarea - izvor si definitie

Autor: ing. Constantin Teodorescu

Articolul "Miscarea - izvor si definitie" reia prima parte a capitolului "13 Miscarea. Legi, principii si caracteristici" din studiul "Structura si evolutie" si, dupa definirea si prezentarea izvolului, prezinta si miscarea liniara a masei si a energiei.

Cuprins:

1  Mişcarea – izvor şi definiţie

2  Mişcarea liniară a masei

3  Mişcarea liniară a energiei

1  Mişcarea – izvor şi definiţie

Despre mărimile fundamentale ale Universului şi despre mişcarea acestora s-a vorbit în paragraful 1.2 din capitolul 1 şi în capitolul 2 din [1]. În acest capitol ne propunem să închegăm şi să completăm cele spuse despre mărimile fundamentale şi mai ales despre mişcarea acestora, într-o teorie unitară şi să desprindem principalele legi, principii şi caracteristici.

Aşa cum s-a mai arătat, considerăm că întregul Univers este clădit din două mărimi fundamentale: masa şi energia. Tot ce există în Univers conţine fie numai energie, fie energie şi masă. În paragraful 1.2 din capitolul 1, fotonul şi fulgerul globular au fost date ca exemple de structuri care conţin numai energie, iar electronul şi galaxia au fost date ca exemple de structuri care conţin atât energie cât şi masă.

Masa şi energia, ca mărimi fundamentale, umplu tot Universul, cu densităţi diferite în zone diferite. În capitolul 5 din [1], s-a arătat că vid de masă şi de energie există doar în găurile centrale ale structurilor de energie. Asemenea găuri există în centrul fotonului, după cum s-a demonstrat în capitolul 5, în centrul galaxiilor, după cum s-a demonstrat în subcapitolul 6.1, şi în centrul protonului, după cum s-a demonstrat în capitolul 7, tot din [1]. 

În paragrafele menţionate mai sus, s-a mai arătat că mărimile fundamentale ale Universului, masa şi energia, au şi asemănări şi deosebiri, pe care le reluăm.

În afară de natura lor, care este deosebirea lor fundamentală, masa şi energia se mai deosebesc şi prin alcătuire:

-        masa este alcătuită din particule elementare compacte, în care masa este uniform şi continuu distribuită, iar

-        energia este alcătuită din elemente de energie împrăştiate.

Ambelor, şi masei şi energiei, le sânt proprii forţe de atracţie între componente. Dar, din cauza alcătuirilor lor diferite, forţele lor de atracţie se manifestă diferit:

-        Între mase, datorită concentrării masei în particule elementare compacte, forţa de atracţie se manifestă prin tendinţa continuă de strângere, de comasare a maselor în corpuri de masă mai mari.

-        În schimb, între elementele de energie, datorită împrăştierii acestora, difuziei lor, forţa de atracţie se manifestă prin tendinţa de uniformizare continuă a împrăştierii energiei.

Ca o consecinţă a acţiunilor diferite ale forţelor de atracţie dintre mase şi dintre energii, datorită alcătuirilor lor diferite, masa şi energia, mărimile fundamentale ale Universului, au tendinţe contradictorii:

-        masa are tendinţa de strângere, de concentrare, iar

-        energia are tendinţa de împrăştiere, de dispersare uniformă în spaţiul înconjurător.

Pentru a înţelege mai bine diferenţa dintre comportările masei şi energiei, evident şi dintre tendinţele lor, să ne referim la două exemple cunoscute: apa dintr-un pahar şi piuliţele dintr-o pungă sau cutie.

Dacă răsturnăm apa din pahar într-un vas cu fundul plat, apa se va întinde pe tot fundul vasului, iar dacă răstrunăm apa din pahar pe suprafaţa plană şi orizontală a unei mese, apa se va întinde pe toată suprafaţa mesei. Astfel trebuie să ne imaginăm şi energia, ca pe un fluid care ocupă tot spaţiul Universului, în care tinde să se distribuie uniform, asemenea apei într-un vas sau pe o suprafaţă plană şi orizontală. Energia este eterul despre care s-a vorbit acum câteva secole şi ea umple atât interiorul atomilor şi moleculelor cât şi spaţiile din interiorul galaxiilor şi dintre ele, cu excepţia găurilor negre din centrul galaxiilor şi fotonilor.

În schimb, dacă pe aceeaşi suprafaţă plană şi orizontală a mesei, răsturnăm piuliţele din cutie sau din pungă, acestea vor forma o grămadă. Piuliţele nu vor tinde a se distribui uniform pe suprafaţa mesei.

Deşi atât între moleculele de apă cât şi între piuliţe se manifestă forţe de atracţie, caracterul fluid al apei o face să se distribuie uniform în tot spaţiul disponibil, iar caracterul de piese separate al piuliţelor le face să rămână grupate.

Aşa trebuie să înţelegem caracterul diferit al energiei şi masei, componentele fundamentale ale Universului, şi comportarea lor diferită, corespunzătoare caracterelor diferite.  

Atât tendinţa de concentrare a masei cât şi tendinţa de împrăştiere a energiei se realizează prin mişcarea acestora. Mişcarea constă în strângerea de energie şi împrăştierea de energie, operaţiuni ce se execută fie succesiv fie concomitent. Chiar mişcarea maselor, în tendinţa lor de strângere, de concentrare, se realizează prin strângerea de energie din mediul înconjurător şi eliminarea de energie în acelaşi mediu înconjurător, pe măsura efectuării mişcării de apropiere, sub acţiunea forţelor de atracţie dintre ele. Împrăştierea de energie ce se produce de-a lungul mişcării este cunoscută sub numele de lucru mecanic. În mod convenţional spunem că energia care a executat un lucru mecanic a fost consumată, dar, de fapt, energia s-a întors în împrăştierea din spaţiul înconjurător.

Prin urmare, izvorul mişcării maselor şi energiilor este tendinţa acestora de concentrare sau de împrăştiere, iar definiţia cea mai largă a mişcării ar putea fi:

Mişcarea, izvorâtă din tendinţa maselor şi energiilor de concentrare sau de împrăştiere, constă în deplasarea de mase sau de energii, în spaţiul ocupat de acestea.

Cum în Univers nu există mase sau energii izolate, tendinţele acestora fac imposibilă existenţa stării de repaus şi mişcarea este prezentă în toate structurile existente, indiferent de forma sau mărimea acestora.

Întreaga evoluţie a Universului este rodul mişcărilor produse de tendinţele maselor şi energiilor aflate în diversele zone ale acestuia.

După forma cum se produce, mişcarea poate fi uniformă sau neuniformă, iar după direcţia parcursă poate fi liniară (de-a lungul unei linii drepte) sau de rotaţie (de-a lungul unei linii curbe închisă sau deschisă).

O formă deosebită de mişcare este mişcarea giroscopică, în care se produc rotaţii succesive în jurul aceleiaşi axe.

Din mulţimea formelor posibile de mişcare, mişcarea giroscopică s-a impus, ca formă de bază şi universală, pentru că prezintă două proprietăţi contradictorii remarcabile, propietăţi care caracterizează întreaga evoluţie a Universului:

-        asigură conservarea în timp a energiei interne a corpului material, prin stabilitatea mişcării şi axei de rotaţie, ceea ce permite evoluţia materiei prezentată în figura 1.1 din capitolul 1 din [1], (a se vedea şi postarea „Baza şi sensul Universului” de pe prezentul blog), şi

-        permite formarea de structuri stabile de corpuri materiale sau de energie, prin câmpurile de forţe pe care le crează.

Aceste două proprietăţi contradictorii îngemănează într-un tot unitar stabilitatea şi evoluţia: nu este căutată stabilitatea eternă, stabilitatea în sine, ci este realizată acea stabilitate a corpului, care să permită şi evoluţia conformă cu evoluţia sistemului în ansamblu. Stabilitatea şi evoluţia sânt cele două laturi ale existenţei atât la nivel cosmic sau planetar cât şi la nivel atomic.

În fine, în esenţa sa, mişcarea se referă la particulele elementare de masă şi de energie.

În paragraful 4.2 din capitolul 4 di [1], particula elementară de masă a fost numită grăuntele de masă care are formă sferică, densitate uniformă şi este indestructibilă. Îngemănat cu mişcare giroscopică, grăuntele de masă devine electron. (În acest sens a fost dat ca exemplu, mai sus, de structură cu conţinut de masă şi de energie).

În paragraful 5.10 din capitolul 5 di [1], a fost definit şi elementul de energie, numit strop de energie şi notat cu e. Fotonul este constituit din stropi de energie, iar valoarea unui strop a fost determinată la 1,05.10^-34J.s, prin relaţia (5.153), (a se vedea şi postarea „Fotonul” de pe blogul www. Structura si evolutie. Blogspot.com).

Să mai menţionăm că, în concepţia studiului „Structură şi evoluţie”, corpul de masă împreună cu energia pe care o posedă alcătuiesc un corp material.

Ne propunem să analizăm felurile de mişcare ale masei şi energiei şi începem cu mişcarea liniară.

2  Mişcarea liniară a masei

Mişcarea liniară se desfăşoară de-a lungul unui segment dintr-o linie dreaptă. Fie punctele M şi m pe o dreaptă, în care se află corpurile materiale de mase M şi m, ambele de formă sferică şi dispuse la distanţa d unul de altul.

Conform legii de atracţie dintre mase, prin masele lor, cele două corpuri se atrag reciproc dar, pentru a simplifica analiza, presupunem că M >> m şi considerăm corpul M fix şi corpul m în mişcare. (Pentru simplificare, am folosit aceleaşi notaţii pentru masele şi poziţiile celor două corpuri).

Conform celor arătate în subparagraful 2.1.3.1 din capitolul 1 din [1], câmpul vectorial al forţei de atracţie (câmpul gravitaţional) este caracterizat de o mărime vectorială  numită intensitatea câmpului forţei de atracţie, notată cu H, care reprezintă forţa cu care corpul acţionează asupra unui alt corp cu masa egală cu unitatea şi aflat în câmpul său. Intensitatea câmpului forţei de atracţie a corpului M în punctul m, conform relaţiei (2.1.22) din [1], este exprimată prin relaţia

        (1)

unde d este vectorul distanţei d cu sensul de la M la m, iar G este constanta atracţiei universale pentru masă.

Este evident că intensitatea H reprezintă acceleraţia mişcării corpului m către corpul M.

Conform relaţiei (2.1.25) din [1], potenţialul gravitaţional V_m al punctului m, care este numeric egal cu lucrul mecanic necesar pentru a deplasa un corp de masă egală cu unitatea din acel punct până la infinit, este exprimat prin relaţia

         (2)

iar lucrul mecanic efectuat pentru deplasarea masei m între punctele m şi M, pe distanţa d, este exprimat, conform relaţiei (2.1.26) din [1], prin relaţia

    (3)

deoarece V_M = 0.

Introducerea relaţiei (2) în relaţia (3) conduce la expresia

  (4)

unde F_a este forţa de atracţie dintre masele M şi m conform relaţiei (2.1.23) di [1], legea lui Newton:

  (5)

Prin urmare, mişcarea masei m către masa M este o mişcare accelerată şi, de-a lungul mişcării, se efectuează un lucru mecanic egal cu produsul masei m cu potenţialul V al masei M în punctul iniţial al mişcării.

Aceste aspecte ale mişcării au fost obţinute pe baza legii lui Newton (legea atracţiei universale) şi descriu aspectele generale, de ansamblu şi de suparafaţă ale mişcării, fără a intra în intimitatea procesului. (A se vedea şi postarea "Legea gravitaţiei ca gradient al energiei în atracţia maselor" în care se dă o nouă şi simplă demonstraţie a legii gravitaţiei). 

Pe baza lor însă şi prin aplicarea unor noţiuni demonstrate în studiul „Structură şi evoluţie”, vom pătrunde şi în procesele intime ale mişcării.

În primul rând, să clarificăm cum se produce mişcarea, de unde masa m ia energia necesară mişcării.

Pentru aceasta, mai întâi, să constatăm că peste masa m acţionează, concomitent, trei câmpuri diferite:

-        câmpul forţei de atracţie al masei M, F_aM,

-        câmpul propriei forţe de atracţie , F_am, şi

-        câmpul universal de energie care, în zona maselor M şi m, are densitatea m_e proporţională cu stropul de energie e. 

Câmpurile forţelor de atracţie F_aM şi F_am sânt câmpuri de influenţă şi de acţiune reciprocă între mase, care se manifestă radial în jurul maselor respective, în toate direcţiile, şi se suprapun peste câmpul universal de energie din zonele lor de influenţă.

Manifestarea forţei F_aM asupra masei m depinde de structura acesteia.

Dacă masa m nu are o structură cu legături fixe şi trainice între diferitele sale părţi componente, atunci mişcarea sa sub influenţa forţei F_aM nu va fi unitară datorită jocului diferenţei (F_aM – F_am), pe diferite direcţii.

Dar dacă masa m are legături rigide între diferitele ei părţi, mişcarea sub influenţa forţei F_aM va fi o mişcare unitară.

Câmpurile forţelor de atracţie F_aM şi F_am fiind lipsite de energie, acţiunile lor se produc cu aport de energie din câmpul universal de energie, peste care se suprapun, ca în figura 1.

Figura 1. Absorbţia şi eliminarea de energie în mişcarea masei pe direcţia d.

Iniţial, masa m se află în echilibru energetic cu mediul înconjurător, cu aceeaşi densitate (miu)_e de energie. Prin apariţia forţei F_aM, în partea frontală a mişcării masei m pe direcţia d, aceasta absoarbe stropi de energie e din câmpul universal de energie din jur, de intensitate m_e, fapt ce provoacă reacţia câmpului de energie care tinde, prin forţa de atracţie a energiei, să împiedice absorbţia, facilitând atât mişcarea masei m pe direcţia d cât şi scoaterea energiei prin spatele masei m. Absorbţia de energie este forţată de însăşi forţa de atracţie F_aM, care atrage masa m peste stropii de energie e din faţa acesteia. Aceeaşi forţă F_aM, prin tragerea masei m în continuare, aprent trece stropii de energie e prin masa m şi îi scoate prin spatele acesteia.

Masa m, căpătând o viteză de deplasare pe direcţia d, conform relaţiei (4.38) din [1], îşi creşte propria energie proporţional cu pătratul vitezei, pe seama stropilor de energie absorbiţi. Ca atare, energia eliminată prin spatele masei m este mai mică decât energia absorbită şi reprezintă ceea ce noi numim lucrul mecanic efectuat pentru executarea deplasării respective a masei m. (A se vedea postarea "Legea fundamentală a mişcării" tot de pe acest blog.

Creşterea energiei masei m se realizează, la nivelul molecular, prin:

-        creşterea vitezelor de rotaţie unghiulare ale nucleelor şi, sincron, şi ale structurilor de energie din jurul acestora;

-        creşterea vitezelor de rotaţie unghiulare ale mişcărilor giroscopice ale tuturor electronilor;

-        creşterea vitezelor de rotaţie orbitale ale electronilor în jurul nucleelor. (A se vedea şi postările „Căldura şi temperaturaparticulei” şi „Căldura şi temperatura în atomi şi molecule” de pe blogul www. Structura si evolutie. Blogspot.com).

Prin deplasarea masei m pe direcţia d, odată cu creşterea forţei F_aM creşte şi fluxul de stropi de energie împinşi (absorbiţi) în masa m, ceea ce accelerează deplasarea acesteia.

Mişcarea masei m pe direcţia d, sub influenţa forţei F_aM, fiind accelerată, este continuu crescătoare şi energia din interiorul masei m, care creşte direct proporţional cu pătratul vitezei. Aceasta înseamnă că, pe lângă energia necesară efectuării lucrului mecanic pentru deplasarea sub influenţa forţei de atracţie F_aM, energie care se întoarce în câmpul universal de energie, masa m reţine în interiorul său o cantitate de energie care, în orice moment al mişcării, este proporţională cu pătratul vitezei momentane, aspect nerelevat de analiza din prima parte a paragrafului.

Să observăm că în analiza de mai sus, masa m a fost considerată un corp material unitar şi uniform. Pentru a releva şi alte aspecte ale mişcării liniare, să nu mai privim masa m ca un corp material unitar şi uniform, ci ca pe un corp material compus din părţi sau mişcări distincte.

Aşa de exemplu, să privim ca masă m un electron singular care, pe lângă mişcarea pe direcţia d, sub influenţa forţei de atracţie F_aM, are şi propria sa mişcare giroscopică. Pentru mişcarea electronului pe direcţia d, sânt evidente aspectele:

-        Mişcarea giroscopică a electronului, chiar dacă a fost iniţial fără precesie, devine o mişcare giroscopică cu precesie al cărui unghi de nutaţie depinde de unghiul pe care axa sa de rotaţie îl face cu direccţia d, conform subparagrafului 7.4.3 din capitolul 7 din [1].

-        Între diferitele elemente ale masei electronului apar tensiuni provocate de deplasarea pe direcţia d: viteza liniară de-a lungul direcţiei d se compune diferit cu viteza liniară a rotaţiei giroscopice pe o circumferinţă, datorită schimbării continue a direcţiei acesteia, conform analizei din paragraful 2.2.6 din subcapitolul 2.2 din [1].

În cazul electronului, masa sa fiind unitară şi indestructibilă, tensiunile din masă nu au consecinţe, dar în cazul atomilor şi moleculelor trebuie avute în vedere.

În fine, să mai relevăm un aspect al mişcării gravitaţionale.

Deoarece mişcarea gravitaţională a corpului de masă m se produce în câmpul universal de energie şi pe toată durata mişcării masa m schimbă continuu energie cu câmpul universal de energie, mişcarea gravitaţională a masei m, indiferent de forma, mărimea şi complexitatea acesteia, produce perturbaţii scalare în câmpul universal de energie, conform paragrafului 12.7 din capitolul 12 din [1], (a se vedea şi postarea „Undele scalare” de pe prezentul blog).

În încheiere, să reţinem concluziile:

1)      Mişcarea unui corp de masă sub influenţa forţei de atracţie gravitaţionale a altui corp de masă se produce pe seama schimbului continuu de energie cu câmpul de energie înconjurător, parte a câmpului universal de energie.

2)      Datorită schimbului continuu de energie cu câmpul universal de energie, mişcarea gravitaţională a unei mase m, indiferent de forma, mărimea şi complexitatea acesteia, produce perturbaţii scalare în câmpul universal de energie.

Pe modelul mişcării liniare gravitaţionale, poate fi analizată oricare altă mişcare liniară a unui corp de masă, prin înlocuirea forţei de atracţie cu forţa care produce mişcarea. Mecanismul de producere a mişcării, în sine, rămâne acelaşi.

3  Mişcarea liniară a energiei

Un exemplu de mişcare liniară a energiei este mişcarea liniară a masei analizată în subparagraful precedent.

După cum s-a demonstrat, orice mişcare liniară a masei este însoţită de o mişcare liniară a energiei, dar produsă în sensul opus.

În câmpul universal de energie, mişcarea liniară a energiei este posibilă pe oricare direcţie din spaţiu, dar trebuie provocată de o altă forţă decât forţa de atracţie a energiei şi se menţine atâta vreme cât se menţine forţa care a provocat-o.

La încetarea forţei provocatoare, mişcarea liniară a energiei încetează, iar eventuala concentrare de energie se împrăştie sub influenţa forţei de atracţie a câmpului universal de energie. 

Bibliografia:

1  CONSTANTIN TEODORESCU: Structură şi evoluţie. Editura MATRIX ROM. Bucureşti 2015.

Ediţia a 5 – a revizuită şi adăugită. Existentă la Bibloteca Naţională, la Biblioteca Centrală Universitară Carol I şi la Biblioteca Centrală a Universităţii Politehnica Bucureşti.