Закон Гука — Ньютона — Кулона и его применение в аэрокосмической технике

Язык труда и переводы:
УДК:
53.01
Дата публикации:
21 января 2022, 00:31
Категория:
Секция 07. Развитие космонавтики и фундаментальные проблемы газодинамики, горения и теплообмена
Авторы
Иванов Михаил Яковлевич
ФАУ «ЦИАМ им. П.И. Баранова»
Аннотация:
Рассмотрены основные особенности унифицированного закона Гука — Ньютона — Кулона и его применение в аэрокосмической технике. Закон позволяет моделировать процессы с учетом эффектов близкого и дальнего силового взаимодействия. В частности, на основе представленного закона единым способом описываются стационарные гравитационные, электростатические, сильные и слабые силовые поля. Закон позволяет разрешить все основные парадоксы гравитации Ньютона. Основное внимание в работе уделено конкретным примерам применения унифицированного закона Гука — Ньютона — Кулона в аэрокосмической технике. В частности, приведены полная система уравнений сохранения и примеры моделирования тепловых процессов с учетом излучения в высокотемпературных двигателях и в задачах внешней аэродинамики при посадке космических аппаратов.
Ключевые слова:
электромагнитное поле, гравитационное поле, единый закон взаимодействия, аэрокосмическая отрасль
Основной текст труда

Рассмотрены основные особенности унифицированного закона Гука — Ньютона — Кулона и его применение в аэрокосмической технике. Закон позволяет моделировать процессы с учетом эффектов близкого и дальнего силового взаимодействия. В частности, на основе представленного закона единым способом описываются стационарные гравитационные, электростатические, сильные и слабые силовые поля. Закон позволяет разрешить все основные парадоксы гравитации Ньютона [1–3].

Следует подчеркнуть, что основная проблема современной физики и техники состоит в несовместимости моделирования процессов на больших (галактических) расстояниях и на предельно малых расстояниях — масштабах ядер, атомов и молекул, на которых явления моделируются в рамках квантовой физики. Получившая широкое признание общая теория относительности для гравитации, как хорошо известно, находится в противоречии с квантово-механическим описанием элементарных частиц [4].

В плане выхода из сложившейся ситуации настоящая работа рассматривает унифицированную математическую формулировку основных законов классической физики на любых масштабах, а именно знаменитых законов Гука, Ньютона и Кулона. Эта формулировка представлена единым квазилинейным дифференциальным уравнения Пуассона для потенциала силового поля \phi  вида

D^{2}\bigtriangleup \phi =2sh\phi .

Здесь величина D представляет собой радиус экранирования Дебая — Гюккеля.

Показано, что классическая гравитация — это остаточное кулоновское взаимодействиесосредоточенной в узлах барионной материи (вне радиусов экранирования), потенциал которого описывается квазилинейным уравнением Пуассона с нулевыми внешними граничными условиями. Основным принципом представленной работы служит предельно малое отличие в распределении потенциалов около «точечных» электрических зарядов в центре протона и электрона. При этом гравитационный процесс описывается взаимным действием остаточного кулоновского потенциала и градиентом давления в зонах экранирования, определяемым с применением классических законов Вина, Больцмана и де Бройля (а также методов размерности).

Основное внимание в работе уделено конкретным примерам применения унифицированного закона Гука — Ньютона — Кулона в аэрокосмической технике. В частности, приведена полная система уравнений сохранения для задач газодинамики и получены их обобщенные решения. Представлены примеры моделирования тепловых процессов с учетом излучения в высокотемпературных двигателях и в задачах внешней аэродинамики при посадке космических аппаратов.

В работе также приведены точные решения системы уравнений динамики гравитирующей сплошной среды при наличии собственного давления и не нулевом значении плотности на бесконечности \rho _{0} . Присутствие давления в уравнениях сплошной среды обеспечивает моделирование эффектов близкодействия. Полученные решения описывают захват черной дырой окружающей материи и распространение космических струй из центра активных квазаров и галактик. Ввод в рассмотрение дополнительной характерной величины плотности ρ0 позволяет с помощью методов теории размерности на основе двух известных размерных параметров – гравитационной постоянной G  и плотности \rho _{0}  определить значения гравитационной частоты и периода, а также линейный размер Вселенной.

Работа демонстрирует возможность явного учета гравитационных эффектов дальнодействия путем рассмотрения наличия собственного заряда среды. При этом мы фактически следуем истории развития кинетической теории материи, а именно процедуре перехода от уравнения Больцмана Л., которое описывает эффекты близкодействия (с помощью «столкновительного» члена), к кинетическому уравнению Власова А.А. Власовым в 1938 году была предложена модель объединения близко и дальнодействующих эффектов в рамках кинетической теории заряженной материи. Кинетическая модель объединения близко и дальнодействующих взаимодействий в настоящее время активно продолжает разрабатываться. 

Литература
  1. Иванов М.Я. Унифицированный закон Гука — Ньютона — Кулона для силовых полей и материалов // Электромагнитное поле и материалы: тр. XXIX международной конференции. М.: Изд-во МЭИ, 2021.
  2. Иванов М.Я., Терентьева Л.В. Интегралы уравнений гравитирующей среды при наличии собственного давления и заряда // Прикладная математика и механика. Российская академия наук. (В печати).
  3. Ivanov M.Ja. Physics of Entropy Growth and Thermal Radiations. Physics of Entropy, Radiation and Gravitating Matter with Examples of General and Analytical Solutions. 2021. Pp. 2–9. DOI: 10.9734/bpi/mono/978-93-91312-86-2
  4. Kaku Michio. The God Equation: The Quest for a Theory of Everything. New York: Doubleday, 2021.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.