Материальная среда — реальный субъект магнитных силовых взаимодействий

Известно, что в электродинамике при силовых магнитных взаимодействиях нарушается третий закон Ньютона. Нарушения закона констатируют, объяснений не дают. Рассмотрим, нарушается ли реально третий закон Ньютона в магнитных силовых взаимодействиях движущихся заряженных частиц и проводников с током.

Напомним: действие всегда сопровождает одинаковое по величине и противоположно направленное противодействие. Если допустить возможность нарушения третьего закона Ньютона, то надо признать возможность «безопорных» сил, действие которых не сопровождается силовым взаимодействием с причинами, их вызывающими. Не является ли нарушение одного из основных законов физики следствием того, что МС в законах электродинамики не рассматривают как реальный субъект этих взаимодействий?

Как показано выше, в силовых взаимодействиях магнитное поле есть неподвижный относительно поверхности земли субъект взаимодействий. Однако в этом случае МС должна проявлять себя как реальный промежуточный субъект силового взаимодействия между источником магнитного поля и движущимся зарядом, то есть воспринимать силовое действие движущегося заряда, трансформировать и передавать это действие другому заряду. Так ли это? Рассмотрим силовое взаимодействие двух движущихся заряженных частиц (рис. 5). Пусть частица 1 имеет заряд q₁, массу m₁ и движется со скоростью V₁. Аналогично, частица 2 имеет заряд q₂, массу m₂ и движется со скоростью V₂.

Рис. 5. Магнитное силовое взаимодействие заряженных частиц На частицу 2 действует сила Лоренца F₁₂, создаваемая электрическим и магнитным полем частицы 1:

где Е₁ и В₁ — напряжённость электрического поля и магнитная индукция, создаваемые частицей 1 в месте нахождения частицы 2. Опустим из рассмотрения электрическую составляющую силового взаимодействия F_12е, т.к. электрические силы центральные, для них всегда выполняется третий закон Ньютона, нас же интересуют причины его нарушения.

Магнитная сила F_12m при квазистатических скоростях вызывает ускорение частицы 2, то есть уравновешивается силой инерции F_12N частицы 2 (рис. 6):

То есть магнитная сила уравновешивается силой инерции, третий закон Ньютона выполняется. Аналогично действует магнитное поле частицы 2 на частицу 1.

Рис. 6. То же магнитное взаимодействие, но показаны силы инерции, уравновешивающие магнитные силы Почему не соблюдается этот закон, если мы рассматриваем непосредственное силовое взаимодействие частиц? В силовых взаимодействиях третий закон Ньютона не соблюдается, если взаимодействие между двумя объектами осуществляется не непосредственно, а передаётся через промежуточные субъекты, которые опускаются при рассмотрении. В данном случае мы имеем именно такую ситуацию. Рассмотрим её подробнее.

Рис. 7. Статическое равновесие области магнитного взаимодействия частиц 1 и 2.

На рис. 7 изображён участок магнитного поля между частицами 1 и 2, а также обозначены магнитные силы, с которыми участок поля действует на движущиеся частицы. Сумма этих сил не равна нулю, поэтому из условий статического равновесия участка поля эти силы должны быть уравновешены компенсирующей силой F_K, равной по величине сумме этих сил и противоположной по направлению. Эта сила является реакцией МС на то силовое воздействие, которое выполняет магнитное поле. То есть, при передаче силового воздействия от одного субъекта другому МС не просто передаёт это воздействие, а трансформирует его в процессе передачи. Так как магнитное поле является состоянием МС, неподвижной относительно поверхности земли, эта среда испытывает деформирующее воздействие со стороны неуравновешенных сил магнитного поля, то есть сила F_K является силой, вызванной этой деформацией, опорной силой, вызванной сопротивлением перемещению МС относительно поверхности Земли.

Таким образом, если при анализе силового взаимодействия движущихся частиц мы рассматриваем третий субъект взаимодействия, магнитное поле, как возбуждённое состояние МС, третий закон Ньютона не нарушается.

Выводы:

Именно нарушение третьего закона Ньютона при магнитных силовых взаимодействиях доказывает несостоятельность постулата относительности СТО, т.к. этот закон не нарушается, если МС, состоянием которой является магнитное поле, рассматривать как реальный субъект взаимодействий.

МС в таких взаимодействиях проявляет себя как субъект, принимающий, трансформирующий и передающий взаимодействия, и опора магнитных сил. Реакция этой опоры уравновешивает магнитные силы.

Теперь подытожим выводы из приведенных аргументов.

МС, в которой распространяется ЭМ энергия, реально проявляет себя в магнитных силовых взаимодействиях как материальный субъект, принимающий, трансформирующий и передающий силовые воздействия. Игнорирование этой среды при анализе силовых ЭМ взаимодействий приводит к нарушению фундаментального закона физики: третьего закона Ньютона. Эта среда неподвижна относительно поверхности земли. Движение относительно МС можно определить: при движении относительно МС заряженных частиц возникает магнитное поле.

Магнитное поле — это, условно говоря, возбужденное состояние МС. Магнитное поле в МС может смещаться вместе с источником поля, но при силовых взаимодействиях магнитное поле действует как неподвижный участок возбужденной МС.

Если в магнитных силовых взаимодействиях нарушается третий закон Ньютона для субъектов этого взаимодействия, участок МС, в котором происходит это взаимодействие, деформируется суммой несбалансированных магнитных сил и уравновешивает их сопротивлением смещению этого участка относительно поверхности Земли.

Приведём экспериментальные подтверждения. Рассмотрим особенности работы униполярного генератора Фарадея. Из работы [9]: «изобретён Фарадеем, был модифицирован Теслой и используется в настоящий момент, когда нужны очень большие токи (миллионы ампер в импульсе) и малое напряжение. Самый мощный генератор тока из известных. Принцип действия неясен. Есть мнение, что он производит энергию из ничего. Может работать и мотором.

Конструкция.

Состоит из медного диска (желтый цвет) и дискового (цилиндрического) магнита с полюсами, расположенными сверху и снизу. Электродвижущая сила (ЭДС), (снимаемая щетками — одной, соединенной с осью, другой, скользящей по краю диска) наводится в диске между осью и краем диска при следующих условиях:

• 1. При вращении диска относительно неподвижного магнита.
• 2. При вращении диска вместе с магнитом (генератор без статора!).
• 3. И, что очень важно, не наводится при вращении магнита относительно неподвижного диска (!)".

Рис. 8. Униполярный генератор Принцип работы генератора соответствует законам классической электродинамики. При вращении медного диска дрейф электронов в нем получает составляющую окружной скорости. В первом варианте генератора линии магнитной индукции создают лоренцеву силу, нормальную вектору скорости электронов, направленному по касательной к окружности, и действующую в радиальном направлении, которая создает ЭДС между центром диска и его краем.

В [14, стр. 446] рассмотрен принцип работы такого генератора с учётом концепций СТО. Автор объясняет его работу возникновением электрического поля во вращающемся магните: «Частично это поле обуславливается перераспределением электронов проводимости в магните под действием лоренцевой силы… Однако основная часть электрического поля, возникающего при движении магнита, имеет чисто релятивистское происхождение и связана с тем… обстоятельством, что, согласно теории относительности, движение намагниченной среды возбуждает электрическое поле. В чистом виде этот эффект проявляется не при вращении магнита, а при равномерном поступательном его движении со скоростью и, перпендикулярной оси магнита. В этом случае связанная с магнитом система координат S' будет инерциальной, причём в этой системе координат электрическое поле Е будет, очевидно, равно нулю, если в поле магнита нет других тел, например, скользящего по поверхности магнита внешнего проводника. Применяя к этому случаю релятивистские формулы преобразования поля, нетрудно убедиться, что в «неподвижной» (лабораторной) системе координат S напряжённость электрического поля (вплоть до величин порядка и² /с²) будет равна.

.

где В' - индукция магнитного поля, измеренная в системе S'. В этом выражении можно с точностью до величин порядка и²/с² заменить В' значением В индукции в «неподвижной» системе координат S:

.

Таким образом, возникновение электрического поля при равномерном поступательном движении магнита объясняется тем, что… деление электромагнитного поля на поле электрическое и поле магнитное имеет относительный характер и зависит от системы отсчёта".

Как видим, автор согласен с принципом относительности электрического и магнитного поля СТО. Тем не менее, мы можем проверить, действительно ли «относительно» деление ЭМ поля на электрическое и магнитное. Рассмотрим вариант генератора, в котором вращается магнит, а диск, с которого снимается напряжение, неподвижен. Этот вариант понятен с позиций классической электродинамики — нет направленного движения электронов в неподвижном диске, нет силового действия магнитного поля. А с позиций СТО? Во вращающемся магните в «лабораторной» системе координат S существует электрическое поле Е, следовательно, щётка на диске должна фиксировать ЭДС, чего нет. Где же «относительность» движения диска и магнита? Почему при вращающемся диске и неподвижном магните ЭДС наводится, а в противоположном варианте не наводится? «Относительно» ли разделение поля на магнитное и электрическое? Адекватны ли преобразования Лоренца ЭМ поля?

Релятивисты, а также некоторые физики, критично настроенные к СТО [13], но признающие справедливость постулата относительности СТО, дают другое объяснение работы униполярного генератора. В [13] приведена модель работы генератора, не противоречащая этому постулату. В этой модели делается упор на влияние магнитного поля проводника, соединяющего ось магнита с нагрузочным сопротивлением, при этом предполагается, что проводник расположен в плоскости вращающегося диска. Явно искусственное требование. А если поместить этот проводник на большом расстоянии от диска, генератор не будет работать? Кстати, авторы дают в той же работе другой вариант объяснения работы генератора исходя из закона Фарадея — закона классической электродинамики, здесь влияние вышеупомянутого проводника уже не рассматривается. Классическая электродинамика, отрицающая постулат относительности, не нуждается в искусственных приёмах для описания реальных электродинамических взаимодействий.

Второй вариант униполярного генератора, у которого диск вращается вместе с магнитом, интересен. Почему производится ЭДС, ведь дрейф электронов на диске имеет ту же окружную скоростью, что и у магнитных силовых линий, то есть нет относительного движения магнитного поля и электронов. В [10] названа причина: магнитное поле не вращается вместе с магнитом и напоминается, что эту гипотезу выдвигал еще Фарадей. Действительно, имеем очевидное подтверждение выводов, полученных в разделе 3: в соответствии с законами классической электродинамики магнитное поле неподвижно относительно поверхности земли.

Теперь рассмотрим работу этого генератора как электромотора без статора. Такой мотор легко сделать самому: нужны лишь четыре детали: круглый магнит с полюсами на торцах, круглая батарея на 1.5 в, шуруп и провод. В Интернете можно посмотреть видеозапись работы такого мотора (наберите в Google: You Tube — Homopolar motor demonstration). Я попробовал изготовить такой мотор. Магнит вращается с очень большой скоростью, если взять мощную батарейку.

Какие силы вращают ротор? Статора нет, ротор вращается просто в воздухе.

Вернёмся к [13]. Авторы приводят объяснение работы электромотора с помощью того же проводника, соединяющего полюс батареи с осью мотора. Цитируем объяснение работы электродвигателя с неподвижным магнитом: «Таким образом, от токоподводящего проводника-статора вращающий момент передается на магнит, а от магнита, в свою очередь, вращающий момент передается на диск-ротор, при этом магнит выполняет роль активного передаточного тела, оставаясь все время неподвижным. Суммарный вращающий момент на магните всегда остается равным нулю».

Трудно объяснить роль магнита как «активного передаточного звена» при нулевом вращающем моменте, что-то тут снова не в порядке с третьим законом Ньютона. Ясно, что тому же проводнику авторы отводят роль статора. А если «статор» отодвинуть подальше от диска? В приведенном выше варианте изготовленного мной мотора часть проводника, которая по версии автора должна быть статором, находилась на расстоянии примерно 10 см от поверхности магнита, т. е. он практически не влиял на работу мотора.

Релятивисты приводят иные, более экзотические объяснения работы такого генератора, например, что ротор отталкивается от скользящей по диску щётки, т. е. статор есть скользящая по диску щётка.

Не может электромотор работать без статора — это напоминает рассказ барона Мюнхгаузена о том, как он за собственные волосы вытащил себя вместе с конём из болота. Что же является статором в этом моторе?

Имеем ещё одно очевидное подтверждение полученных выше выводов: в магнитных силовых взаимодействиях МС выступает как третий субъект взаимодействия, неподвижный относительно поверхности земли. Вращение магнита возбуждает МС, которая прилегает к нему, то есть вокруг вращающегося магнита возникает неподвижное относительно земли магнитное поле. В результате взаимодействия последнего с электронами, которые движутся через медный диск от щеток к оси диска, возникает сила, перпендикулярная направлению тока.

Странно ли, что возбужденная МС может развить такую силу? Представим себе генератор в миллионы киловатт. Ведь вся энергия, которую он производит, передается через зазор в доли миллиметра между ротором и статором, через «третий субъект» силового взаимодействия — Материальную Среду. Какую фантастическую энергоёмкость имеет эта МС, а мы до сих пор отрицаем её существование.