Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №43 (март) 2017
Разделы: Физика
Размещена 08.03.2017. Последняя правка: 12.04.2017.

Системный метод прогнозирования новых физических величии (Продолжение)

Бессонов Евгений Александрович

Доктор технических наук

Горнодобывающие предприятия РФ

Консультант

Аннотация:
Работа является продолжением научных исследований автора [1- 5], выполненных на стыке физики и фундаментальной метрологии. Показано, как в результате применения системного метода автором были открыты ряд новых физических величин и законов в гидродинамике. Системный метод позволяет с помощью набора относительно простых теоретических методов исследования получать новые знания в различных разделах физики.


Abstract:
The work is a continuation of scientific researches of the author [1 - 5], performed at the interface between physics and fundamental Metrology. Shows how the application system method, the author has opened a number of new physical Units and laws in fluid dynamics. The system method allows using a set of relatively simple theoretical methods of research to gain new knowledge in different branches of physics.


Ключевые слова:
метод прогнозирования новых законов физики; логическая система физических Единиц СИ; классификация физических Единиц; пилотная физическая Единица; пилотная закономерность; гидродинамический рывок; градиент гидродинамического рывка; гидродинамический стопор; градиент гидродинамического стопора.

Keywords:
method of predicting new laws of physics; a logical system of physical Units SI; classification of physical Units; physical pilot Unit; pilot physical pattern; breakthrough accelerated motion in hydrodynamics; breakthrough accelerated motion in hydrodynamics gradient; significant hydrodynamic slowing down; significant hydrodynamic slowing down gradient.


УДК 006.915 (532.542)

Системный метод прогнозирования новых физических величин, как было ранее показано автором  в работах [1, 2, 3], заключается в разработке алгоритма прогнозируемой величины, – в составлении систематизированного набора отличающих ее признаков, а затем, на его основе и на результатах теоретических исследований, обозначенных в схеме (рис. 1), в создании новых пилотных (пробных) физических величин и их закономерностей.

В работах [1,2, 3] автором был представлен результат использования метода при исследовании  динамики твердого тела при нелинейном (криволинейном) движении,  выраженный в  получении ряда новых физических величин и их закономерностей.  В настоящей работе представлен результат, где аналогичному комплексному исследованию был подвержен другой раздел физики – гидродинамика, в которой еще остаются «белые пятна» в научном поле исследований.

 

Рис.1. Схема поэтапного выполнения системного метода

Современная гидродинамика  изобилует множеством физических величин и закономерностей, объясняющих различные формы и процессы движения жидкости [6, 7]. Вместе с тем некоторые ее процессы до настоящего времени оставались недостаточно  изученными. Например, практически отсутствует научное объяснение переходных процессов ускоренного и замедленного течения вязкой  жидкости в закрытых системах с различной степенью сужения и расширения, т.е. нет научного обоснования таких процессов, отсутствуют их наименования, обозначения их величинами и описания формулами. Все это тормозит развитие теоретической и прикладной гидродинамики. Исследования в данной области знаний необходимы для изучения гидравлических закрытых систем с изменяемыми объемами пространства и геометрией потока жидкости.  Они также могут быть полезными в прикладной гидродинамике при разработке новых устройств (специальных насадок, форсунок,  конфузоров, диффузоров, всасывающих наконечников, выпусков и пр.) с заданными гидравлическими характеристиками.

Чтобы заполнить данный пробел в гидродинамике, автором, на основе предложенного системного метода, был проведен комплекс исследований, в результате которого были получены новые физические величины и установлены их закономерности.

Статистический анализ показал, что прогнозируемые величины исследуемых гидродинамических переходных процессов должны войти в I группу физических величин (механические и пространственно-временные величины) и относиться к подгруппам немассивных (М2) и динамических поточных величин (Т8.1) [5]. В таблице логической системы СИ [8] данные физические величины I группы могут быть расположены только на пересечениях столбца № 22 (подгруппа по «массивности» М2 – немассивные величины и подгруппа по «пространственности» L4 – монометрические величины) и строк №№ 10b и 10с (подгруппы по «заряженности» I1 – незаряженные величины и Т8.1 – динамические поточные величины) в свободных ячейках таблицы.  Причем данные ячейки, в силу своего пространственного расположения в таблице [8], наделены следующими степенями: для канделы - J0; килограмма – М0; метра – L; для радиана – R0; ампера – I0; секунды– Т-3; для стерадиана – S0; моли – N0; для кельвина – θ0. То есть прогнозируемые величины  в рассматриваемых и пока еще пустых ячейках таблицы будут иметь полную размерность  LM0T3I0J0θ0N0R0S0.

Метод сравнения показал, что в соответствии с классификацией [5] на строке № 10 расположен ряд физических величин, которые характеризуются «родственными» динамическими процессами: потоком энергии, плотностью потока энергии, скоростью нарастания давления, рывком (кинематическим) и др. Объединяющей единицей величин на строке № 10 по их «подвижности»  является секунда в минус третьей степени – Т-3.   Поэтому все величины, лежащие на данной строке, включая искомые прогнозируемые  величины, будут относиться к динамическим поточным величинам и, согласно классификации [5],  обозначаться символом Т8.1. Также объединяющей единицей величин в столбце № 22 по «пространственности»  является метр – L и согласно классификации [5] прогнозируемые величины будут относиться к монометрическому виду и обозначаться символом L4

Обобщенная характеристика прогнозируемых пилотных величин в ячейках V-10-22 окончательно сведется к следующему алгоритму: по группам: величины будут принадлежать к I группе - к механическим и пространственно-временным величинам;  по подгруппам: по «массивности» будут относиться к виду М2 – немассивные величины; по «подвижности» - к виду Т8.1 – динамические поточные величины; по «пространственности» - к виду L4 -  монометрические величины; по «заряженности» - к виду  I1незаряженные величины;  по «температурности» -  к виду К2 - нетемпературные величины; по «количественности» -  к виду N2 - неколичественные величины; по «светоизлучательности» -  к виду J2 - несветоизлучательные величины; по «радианности» -  к виду R2нерадианные  величины; по «стерадианности» -  к виду S2нестерадианные  величины.

В ячейках поля V-10-22 специализированной таблицы системы СИ [8] c размерностью  LM0T3I0J0θ0N0R0S0 расположена только одна известная величина  - рывок  J, которая применяется в кинематике (и электродинамике в IV группе величин) и в силу своей специфики не может быть использована в теории гидродинамики для научного описания процессов течения реальной жидкости. Поэтому необходимо было создать (спрогнозировать) новую физическую величину в этом разделе физики и выполнить ее научное обоснование.  Учитывая некоторую аналогию физических процессов и близкие по природе свойства, прогнозируемая величина в гидродинамике может получить наименование – гидродинамический рывок и обозначение  Jh (знак штрих перед символом обозначает пилотность  величины). Данная величина может быть использована в теории гидродинамики при исследовании переходов равноускоренного течения вязкой жидкости из одного сужаемого пространства закрытой системы в другое, более сужаемое пространство системы. В обратном гидродинамическом процессе, т.е. при переходах равнозамедленного течения жидкости из одного расширяемого пространства закрытой системы в другое, более расширяемое пространство, напротив,  происходит снижение темпа его замедленного течения (стопорение), которое может быть названо гидродинамическим стопором и получить обозначение  Sh.

Комплексный системный метод прогнозирования, помимо анализа, включает в себя и графические  исследования, которые позволяют наглядно продемонстрировать гидродинамические процессы изменения прогнозируемых величин и показать их графическое соотношение.

На рисунке 2 а, б показаны зависимости изменения скорости Uтекущей жидкости по длине l и времени (t) соответственно в сужающихся и расширяющихся каналах закрытых систем различной формы сечения. На основе изменений скоростей U формируются их ускорения a и замедления  asтечения, которые будут являться производными при выводе формул прогнозируемых величин - гидродинамических рывка Jh и стопора Sh.

 

Рис. 2. Зависимости изменения скорости Uтекущей жидкости по длине lи времени (t)(при l= 1 м) сужающихся (а, б, в) и расширяющихся (г, д, е) каналах закрытых систем различной формы поперечного сечения.

В результате выполнения комплекса вышеуказанных исследований и на основе использования метода формализации автором были получены новые физические величины, описываемыми формулами.

Спрогнозированные новые физические величины:

гидродинамический рывок (breakthrough accelerated motion in hydrodynamics), м/с3, - векторная физическая величина, характеризующая темп возрастания равноускоренного течения потока или отдельного слоя вязкой жидкости при переходе из одного сужаемого пространства в другое сужаемое пространство закрытой системы (рис. 3):

‘Jh = (at ao) / t = delta ato / t

где aoatсоответственно начальное и конечное ускорение потока или отдельного слоя жидкости, возникающие при их переходах в сужаемые пространства закрытых систем (в расчетах принимаются их усредненные значения для каждого сечения или индивидуальные для отдельного слоя жидкости); deltaaot - прирост ускорения течения потока или отдельного слоя жидкости в обозначенном пространстве;  t – время, за которое переместится поток жидкости или отдельный его слой по длине исследуемого пространства;

гидродинамический стопор (significant hydrodynamic slowing down), м/с3, – процесс обратный гидродинамическому рывку, -   векторная физическая величина, характеризующая темп снижения равнозамедленного течения потока или отдельного слоя вязкой жидкости при переходе из одного расширяемого пространство в другое расширяемое пространство закрытой системы (рис. 4): 

‘Sh = (ast aso) / t = delta asto / t

гдеasoastсоответственно начальное и конечное замедление течения потока или отдельного слоя жидкости,  возникающие при их переходах в расширяемые пространства закрытых систем (в расчетах принимаются их усредненные значения для каждого сечения или индивидуальные для отдельного слоя жидкости при: aso < 0, ast < 0); deltaasto - прирост замедления течения потока или отдельного слоя жидкости в обозначенном пространстве; t – время, за которое переместится поток жидкости или отдельный его слой по длине исследуемого пространства.

 

Дополнительные новые величины, образованные на основе спрогнозированных величин:

градиент гидродинамического рывка (breakthrough accelerated motion in hydrodynamics gradient), c-3, - вектор, показывающий направление наибольшего темпа возрастания равноускоренного течения отдельного слоя вязкой жидкости при переходе из одного сужаемого пространства в другое сужаемое пространство закрытой системы, перпендикулярное направлению течения (рис. 3):

grad ‘Jhi = [(ati aoi) / t ] / rсрi = (delta atoi / t)/ rсрi

гдеaoiatiсоответственно начальное и конечное ускорение течения i – го слоя жидкости, возникающие при его переходах в сужаемые пространства закрытых систем (в расчетах принимаются их индивидуальные значения для отдельного i – го слоя жидкости в каждом поперечном сечении); deltaaot - прирост ускорения течения отдельного i – го слоя жидкости в обозначенном пространстве; rсрi - среднее расстояние между i -ми слоями жидкости в исследуемых сужаемых пространствах; t– время, за которое переместится отдельный  i – й слой по длине исследуемого пространства;

градиент гидродинамического стопора (significant hydrodynamic slowing down gradient),  с-3, - вектор, показывающий направление наибольшего темпа убывания равнозамедленного течения отдельного слоя вязкой жидкости при переходе из одного расширяемого пространство в другое расширяемое пространство закрытой системы, перпендикулярное направлению течения (рис. 4):

gradShi= [(astiasoi) / t ] / rсрi= (дельта astoi/ t)/ rсрi

гдеasoast соответственно начальное и конечное замедление течения i – го слоя жидкости, возникающие при его переходах в расширяемые пространства закрытых систем (в расчетах принимаются их индивидуальные значения для отдельного i – го слоя жидкости в каждом сечении, где: asoi< 0, asti< 0); deltaastoi- прирост замедления течения потока или отдельного i – го слоя жидкости в обозначенном пространстве; t – время, за которое переместится отдельный  i – й слой по длине исследуемого пространства; rсрi–среднее по поперечным сечениям расстояния между слоями текущей жидкости.

 

 

Рис. 3.  Профили скоростей, ускорений и рывка при переходе равноускоренного течения слоев жидкости в сужаемое пространство (показана нижняя половина поперечного сечения потока)

 

АA’, ВB’, СC’ – поперечные сечения текущей жидкости; UA, UB, UC – соответственно скорости течений по сечениям АA’, ВB’, СC’; rii – расстояния между слоями текущей жидкости на поперечных сечениях;  rсрi– средние расстояния между слоями текущей жидкости по сечениям АВ, ВС и их усредненные значения при рывке;  grad Ui,  gradai,  gradJi – градиенты соответственно скорости, ускорения и рывка. Вертикальными жирными стрелками показаны направления наибольшего возрастания градиентов, а горизонтальной стрелкой направление течения жидкости.

 

  

 

Рис. 4.  Профили скоростей, гидродинамических замедлений и стопора  при переходе равнозамедленного течения слоев жидкости в расширяемое пространство (показана нижняя половина поперечного сечения потока)

АA’, ВB’, СC’ – поперечные сечения текущей жидкости; UA, UB, UC – скорости течений по сечениям АA’, ВB’, СC’; rсрi– средние расстояния между слоями текущей жидкости по сечениям АВ, ВС и их усредненные значения при стопоре;  grad Ui,  grad asi, grad Si – градиенты соответственно скорости, замедления и стопора. Вертикальными жирными стрелками показаны направления наибольшего возрастания градиентов, а горизонтальной стрелкой направление течения жидкости.

На рисунке 5 а, б представлены зависимости гидродинамического рывка Jh, его градиента gradJh и гидродинамического стопора Sh, его градиентаgradSh, соответственно от прироста ускоренияdeltaa и замедленияdeltaasтечения потока или отдельного слоя жидкости.

 

Рис. 5. Зависимости изменения гидродинамических рывка Jh, стопора Sh(а) и их градиентовgradJh иgradSh (б) от прироста ускорения  deltaa и замедления  deltaas течения жидкости соответственно в сужающихся и расширяющихся каналах закрытых систем.

График рис. 5 а показывает, что гидродинамический рывок Jh за единицу времени  прямо пропорционален приросту ускоренияdeltaa, а гидродинамический стопорShприросту замедления  deltaasтечения жидкости. Значения их градиентовgradJh и gradSh  соответственно пропорциональны приросту ускорения  deltaa и замедления  deltaas.

Спрогнозированные новые пилотные (пробные) величины Jh, Sh  и образованные на их основе пилотные величины gradJh, gradSh имея полные размерности соответственно LM0T3I0J0θ0N0R0S0  и  L0M0T3I0J0θ0N0R0S0,  временно займут свое место в ячейках №№ 10-22 (строка-столбец) и №№ 10-25 специализированной таблицы логической трехмерной системе СИ [8].    Обеспечить себе постоянное место в системе СИ они смогут после прохождения этапов апробации и обсуждения.

В работе приведен второй пример (первый представлен в работах автора [1-3]) прогнозирования физических величин и получения их закономерностей для отдельного взятого раздела физики – гидродинамики. Многообразие физических процессов в науке, недостаточная изученность отдельных разделов физики, разработанные автором классификация физических величин [5] и логическая трехмерная система СИ [8] дают возможность исследователям с помощью набора относительно простых теоретических методов открывать новые законы физики.

С работами автора [1,2,4] можно ознакомиться на портале журнала «SCI-ARTICLE.RU» и на авторской странице [9]. 

Библиографический список:

1. Бессонов Е.А. Метод прогнозирования новых физических величин. Электронный периодический научный журнал «SCI-ARTICLE.RU». № 23. 2015. С.74-79. http://sci-article.ru/stat.php?i=1436346211
2. Бессонов Е.А. Формула длины траектории материальной точки./ Физика. Электронный периодический научный журнал «SCI-ARTICLE.RU». № 25. 2015. С.45-47. http://sci-article.ru/stat.php?i=1441353662
3. Бессонов Е.А. Системный метод прогнозирования новых физических величин. System method of forecasting of new physical Units // Научно-технический журнал «Законодательная и прикладная метрология». – Москва, – 2015. - №6 (139). - С.5-9.
4. Бессонов Е.А. Логическая система физических величин. Электронный периодический научный журнал «SCI-ARTICLE.RU». № 15. 2014. С.95-103. http://sci-article.ru/stat.php?i=1416218904
5. Бессонов Е. Многоуровневая система физических величин СИ. Издательство LAP Lambert Academic Publishing. Германия. – 80 c. - 2015 г. https://www.lap-publishing.com/
6. Чугаев Р.Р. Гидравлика. Энергоиздат. –Л.: 1982. 672 с.
7. Механика жидкости и газа: Учебник для вузов / Аверин С.И., Минаев А.Н., Швыдкой В.С., Ярошенко Ю.Г. М.: Металлургия, 1987, 304 с.
8. Специализированная таблица многоуровневой системы физических величин СИ / Е.А. Бессонов. https://cloud.mail.ru/public/Emp3/1dfeVc8KQ (открыть ссылку можно через список литературы авторской станицы [9])
9. Авторская интернет-страница Е.А. Бессонова: http://system-units-si.ru.gg




Комментарии пользователей:

13.03.2017, 8:30 Бондарь Иван Михайлович
Отзыв: Тема работы актуальная, работа выполнена на достаточно высоком научном уровне, может иметь практическое применение. Рекомендую к публикации.


27.04.2017, 5:08 Кузьменко Игорь Николаевич
Отзыв: В теме уже выбранной автором есть точка роста. И в силу актуальности, стоило бы ее рекомендовать к публикации после прочтения еще узким специалистом в данной области!


Оставить комментарий


 
 

Вверх