Опровержение ЗСЭ - продолжение разбора старта Falcon 9
Статья сложная, с расчётами, не для остолопов.
Начало - см . Опровержение ЗСЭ - старт Falcon 9
Петр Иванович Дубровский, добросовестный инженер - исследователь, честный и непредвзятый частный научный детектив.
e-mail: d-pi@yandex.ru
8 апреля 2016 года со стартовой площадки SLC-40 космодрома мыса Канаверал была с миссией запущена была запущена ракета Falcon 9 FT с миссией CRS-8 SpaceX по доставке груза на МКС.
Этот запуск я и разбирал детально в качестве очередного доказательства ошибки Лейбница, благо этот запуск был снят на видео и сопровождался телеметрией в режиме on-line. Что я и разъяснил в недавно опубликованной статье «Опровержение закона сохранения энергии - старт Falcon 9»
В ответ на опубликованную статью я получил несколько интересных комментариев.
1. Ярослав Петровский
Мне кажется, вы забыли про кинетическую энергию.
2. walentin 0700@hushmail.com
Все правильно. Из тяги двигателей должны вычитать вес ракеты, а остальная часть силы дает ускорение самой ракете. Сначала эта разница невелика, но она растет, как вы говорите, со скоростью 2,5 тонны в секунду. На высоте 3 км эта разница в 3 раза больше и соответственно ускорение так же в 3 раза больше.
Спасибо за задачку, задумали.
инж Валентин Каракалев
3. Игорь Ф автор как-то обошел вниманием режим работы двигателей, предполагая его постоянным. Хотя, быть может, до отслеженной высоты 3 км тяга двигателей и не дросселировалась.
Ну что, давайте разбираться вместе. Начну с последнего. Я в курсе, что у двигателей Merlin-1D есть возможность дросселирования - до 70% тяги. Не знаю, насколько это правда, я где-то слышал, что дросселирование в двигателях первой ступени обычно применяется в первые мгновения запуска, чтобы не спалить всю стартовую площадку и не поджечь саму ракету и в момент «мягкой посадки» первой ступени. Возможно, что дросселирование двигателей первой ступени используется и для корректировки траектории полёта ракеты, автоматикой. Но, полагаю, оно не оказывает серьезного влияния на суммарную величину тяги первой ступени. По правде сказать, с предоставленной компанией SpaceX телеметрией трудно что-то сказать определенно, а если при запуске ракеты использовалась именно эти телеметрические данные, то никакой корректировки траектории полёта ракеты при работе первой ступени лучше вообще не проводить.
Разумеется, у меня нет больше никаких данных о запуске, кроме тех, что имеются в публичном доступе. И, как Вы могли заметить, есть проблемы даже в элементарных подсчётах - какое количество ракетного пропилента поглощают двигатели Merlin-1D в течение одной секунды.
Если Вы обнаружите где-нибудь более достоверную информацию, пожалуйста, поделитесь.
Теперь переходим к более сложным вопросам - к кинетической энергии, я так понял, к кинетической энергии имени Лейбница, к mV²/2, и к ускорению ракеты. Вот ленивый всё-таки у нас народ. Я потратил некоторое время на то, чтобы зафиксировать телеметрические данные и перенести их в Excel. А что помешало Ярославу Петровскому и Валентину Каракалеву воспользоваться этими данными и самим подсчитать и кинетическую энергию, и ускорение ракеты? Итак, я предоставил читателям следующую таблицу по расшифровке результатов телеметрии старта ракеты Falcon-9 (см. ниже).
Особенно меня расстроил Валентин Каракалев, который подписался как инженер, а повёл себя как самый настоящий бестолковый кандидат или доктор физико-математических наук, полчища которых пытаются выхолостить из физики понимание сути физических процессов и явлений и заменить их выдуманными математическими формулами. Валентин, ведите себя как инженер - сначала поведите опыт (или воспользуйтесь опытом, который провёл кто-то другой), определитесь с полученными результатами, и на основе анализа результатов выстраивайте предположения и гипотезы. Не стоит вести себя, как физико-математический остолоп, которые обычно подгоняют результаты под выдуманную ими или другими «профессионалами» «теорию».
Расход энергии прямо пропорционален времени работы двигателей первой ступени.
Расход энергии прямо пропорционален времени работы двигателей первой ступени.
Ну, как говорится, если хочешь, чтобы всё было сделано хорошо, сделай это сам. Давайте вместе проверим, как увеличивается так называемая «кинетическая энергия ракеты», хотя, как я уже неоднократно писал, на самом деле реальной кинетической энергией следует считать количество движения, возводить скорость материального тела в квадрат - это занятие, лишённое всякого физического смысла.
Итак, отрыв ракеты от стартового стола и подъём её до высоты 100 метров мы рассматривать не будем. А таблицу дополним следующими столбцами:
- разностью скоростей при прохождении ближайших «контрольных точек»
- средним ускорением при подъёме на очередные 100 метров.
Как мы видим, вопреки заявлению Валентина Каракалева, ускорение увеличилось за рассматриваемый участок подъёма не в три раза, а всего где-то в 1,5. Примерно с 4,0 м/с² в начале до 6,0 м/с² в конце. Хотя
Масса ракеты ориентировочно уменьшалась при подъёме со 100 метров с 527,5 тонн (т.к. я учитываю, что начальная масса ракеты была примерно 549 тонн, и до прохода первой «контрольной точки» двигатели первой ступени отработали 8,6 секунд, израсходовав 21,5 тонны пропелланта) до 513,0 тонны на высоте 0,3 км и до 444,0 тонн на высоте 3 км. Более ранние контрольные участки рассматривать не будем, так как там разница получается вообще сумасшедшая (возможно, это проблемы с телеметрией).
Тяга (опять же, по грубым прикидкам) вначале составляла 7607 кН или 775,8 тс, в конце - 7793 кН или 794,7 тс.
Как можно видеть, версия, выдвинутая Валентином Каракалевым (Из тяги двигателей должны вычитать вес ракеты, а остальная часть силы дает ускорение самой ракете. Сначала эта разница невелика, но она растет, как вы говорите, со скоростью 2,5 тонны в секунду. На высоте 3 км эта разница в 3 раза больше и соответственно ускорение так же в 3 раза больше.) не выдерживает самой элементарной проверки.
На высоте 100 метров эта разница составляет 775,8 - 513,0 = 262,8 тонны, на высоте 3 км: 794,7 - 444,0 = 350,7 тонны.
Итак, что мы получили:
Количество затраченной реальной энергии (ракетного пропелланта) уменьшилось при преодолении участков с 0,3 до 0,4, с 0,4 до 0,5 и с 0,5 до 0,6, где она составляла в среднем 4,80 тонны энергии на один участок до в среднем 1,53 тонны пропелланта на каждый из последних трёх участков, то есть более чем в три раза. И это при том, что скорость ракеты увеличилась с 50 м/с до 165 м/с, а некоторые злые языки говорят, что сила сопротивления воздуха увеличивается пропорционально квадрату скорости. Хотя тут следует учитывать и разряжение атмосферы.
Разница, на которую Вы указывали, не так велика: 350,7 / 262,8 = 1,33
Так что, уважаемый Валентин Каракалев, вспоминайте, что Вы всё-таки инженер, включайте голову, не уподобляйтесь физико-теоретикам, и ищите более рациональное и правдоподобное объяснение.
А я могу Вам немного в этом помочь. Давайте рассмотрим, как изменятся затраты реальной энергии при равномерном подъёме одного и того же материального тела на высоту, ну, пускай, 20 метров, если к участку подъёма это тело подошло с различными начальными скоростями:
Затраты энергии на подъём одного и того же тела на одну и ту же высоту, при силе тяги, раной силе тяжести, зависят от начальной скорости тела.
Затраты энергии на подъём одного и того же тела на одну и ту же высоту, при силе тяги, раной силе тяжести, зависят от начальной скорости тела.
Из рисунка должно быть понятно, что если подъём осуществляется с одной и той же скоростью, равномерно, то в этом случае «подъёмная сила» должна быть равна весу поднимаемого тела. Для упрощения примем, что вес тела равен силе тяжести, действующей на тело: P = G = mg
Очевидно, что если какому-то телу массой m уже придана какая-то начальная скорость V₀, то, чем больше эта скорость, то при одной и той же силе тяги, равной силе тяжести P = G = mg, количество затраченной на подъём тела энергии также может отличаться в разы. Тут всё предельно просто. Если тело с какой-то начальной вертикальной скоростью V₀, надо поднять на высоту 20 метров при условии равномерного подъёма, то время подъёма будет равно t = h / V₀ =20 / V₀.
Соответственно, и затраты энергии на создание одной и той же силы тяги при одинаковом КПД двигателя, создающего подъёмную силу, будут прямо пропорциональны этому времени t.
Смотрим рисунок вверху. Очевидно, что при одинаковых затратах за создание силы тяги (например, при использовании ракетного реактивного двигателя), при начальной скорости V₁ = 20 м/с количество затраченной на подъём энергии будет в 20 раз меньше, если начальная скорость тела будет равна всего V₃ = 1 м/с.
Конечно, в реальности, при использовании, например, электродвигателей постоянного тока, для подъёма тела с большей скоростью, при одинаковых других параметрах, требуется увеличить скорость вращения ротора. Увеличение скорости вращения ротора требует дополнительных расходов электроэнергии, при одинаковой величине подъёмной силы. Поэтому КПД электродвигателей постоянного тока при повышении скорости вращения уменьшается. Зависимость эта (КПД от скорости вращения ротора) не линейная, как предположил один знатный член Клуба остолопов Серый Вилли Грей. Ну, Вилли вообще довольно туповат… так что обращать внимание на его многочисленные «комментарии» на моём канале не следует.
Надеюсь, мои объяснения помогли Валентину Каракалёву разобраться с вопросом о затратах энергии? Валентин, я жду от Вас нового решения.
Ну и вернёмся к замечанию Ярослава Петровского: «Мне кажется, вы забыли про кинетическую энергию.» Нет, Ярослав, не забыл. Просто не публиковал, так как решил перепроверить расчёты еще раз. Перепроверил. Ошибок (криминальных) вроде как не нашёл - но был бы Вам благодарен, если бы и Вы проверили мои «энергетические» расчёты, так как частенько бывает, что не замечаешь «бревна в глазике своём», особенно когда глазик замыливается - а я сейчас выдаю на Дзен по одной-две статьи в день, работаю над следующими, так что ошибиться могу легко. Проверьте, пожалуйста, размерности и пару-тройку цифр в таблице.
Дело в том, что, проверять только кинетическую энергию - неправильно. Согласно ЗСЭ, энергия пропелланта расходуется на работу, в данном случае - по увеличению потенциальной mgh и кинетической энергии 𝑚𝑉²/2. Поэтому, согласно ЗСЭ, расход энергии пропелланта должен соответствовать на каждом участке должен соответствовать общему приросту, то есть сумме приростов кинетической и потенциальной энергии на данном участке. Согласны?
Теперь давайте перейдём к расчётам «кинетической и потенциальной энергиям 𝑚𝑉²/2 и mgh,» изобретённым Готтфридом Лейбницем и одобренным другими учёными далёкого от нас XVII века. Но до сих пор не дающим нормально развиваться современной физике.
Для этого оставим в таблице столбцы:
- высота подъёма ракеты
- скорость ракеты
и добавим столбцы:
- масса ракеты с учётом израсходованного пропелланта в тоннах
- полная кинетическая энергия имени Лейбница 𝑚𝑉²/2 (здесь и далее все цифры - в миллионах кг×м²/с²)
- прирост кинетической энергии имени Лейбница при прохождении последнего контрольного участка Δ𝑚𝑉²/2,
- прирост потенциальной энергии имени Лейбница при прохождении последнего контрольного участка Δmgh,
- полный прирост энергий имени Лейбница при прохождении последнего контрольного участка ΔE
Итак, что мы получили, резюмирую:
Расход пропелланта при прохождении трёх «нижних» контрольных участков, с 0,3 по 0,6 км в три раза больше, чем расход пропелланта при прохождении трёх «верхних», с 2,7 по 3,0 км.
При этом прирост «общей энергии» имени Готтфрида Лейбница остался прежним, что говорит о несостоятельности нынешнего закона сохранения энергии.
Но при этом полученные результаты прекрасно вписываются в мои объяснения разного (в разы) расхода энергии при разной начальной скорости.
Хотите узнать больше?
Литература: П.И. Дубровский. Нынешний закон сохранения энергии - величайшая ошибка физики © март 2018 года.
Начало - см . Опровержение ЗСЭ - старт Falcon 9
Петр Иванович Дубровский, добросовестный инженер - исследователь, честный и непредвзятый частный научный детектив.
e-mail: d-pi@yandex.ru
8 апреля 2016 года со стартовой площадки SLC-40 космодрома мыса Канаверал была с миссией запущена была запущена ракета Falcon 9 FT с миссией CRS-8 SpaceX по доставке груза на МКС.
Click to viewЭтот запуск я и разбирал детально в качестве очередного доказательства ошибки Лейбница, благо этот запуск был снят на видео и сопровождался телеметрией в режиме on-line. Что я и разъяснил в недавно опубликованной статье «Опровержение закона сохранения энергии - старт Falcon 9»
В ответ на опубликованную статью я получил несколько интересных комментариев.
1. Ярослав Петровский
Мне кажется, вы забыли про кинетическую энергию.
2. walentin 0700@hushmail.com
Все правильно. Из тяги двигателей должны вычитать вес ракеты, а остальная часть силы дает ускорение самой ракете. Сначала эта разница невелика, но она растет, как вы говорите, со скоростью 2,5 тонны в секунду. На высоте 3 км эта разница в 3 раза больше и соответственно ускорение так же в 3 раза больше.
Спасибо за задачку, задумали.
инж Валентин Каракалев
3. Игорь Ф автор как-то обошел вниманием режим работы двигателей, предполагая его постоянным. Хотя, быть может, до отслеженной высоты 3 км тяга двигателей и не дросселировалась.
Ну что, давайте разбираться вместе. Начну с последнего. Я в курсе, что у двигателей Merlin-1D есть возможность дросселирования - до 70% тяги. Не знаю, насколько это правда, я где-то слышал, что дросселирование в двигателях первой ступени обычно применяется в первые мгновения запуска, чтобы не спалить всю стартовую площадку и не поджечь саму ракету и в момент «мягкой посадки» первой ступени. Возможно, что дросселирование двигателей первой ступени используется и для корректировки траектории полёта ракеты, автоматикой. Но, полагаю, оно не оказывает серьезного влияния на суммарную величину тяги первой ступени. По правде сказать, с предоставленной компанией SpaceX телеметрией трудно что-то сказать определенно, а если при запуске ракеты использовалась именно эти телеметрические данные, то никакой корректировки траектории полёта ракеты при работе первой ступени лучше вообще не проводить.
Разумеется, у меня нет больше никаких данных о запуске, кроме тех, что имеются в публичном доступе. И, как Вы могли заметить, есть проблемы даже в элементарных подсчётах - какое количество ракетного пропилента поглощают двигатели Merlin-1D в течение одной секунды.
Если Вы обнаружите где-нибудь более достоверную информацию, пожалуйста, поделитесь.
Теперь переходим к более сложным вопросам - к кинетической энергии, я так понял, к кинетической энергии имени Лейбница, к mV²/2, и к ускорению ракеты. Вот ленивый всё-таки у нас народ. Я потратил некоторое время на то, чтобы зафиксировать телеметрические данные и перенести их в Excel. А что помешало Ярославу Петровскому и Валентину Каракалеву воспользоваться этими данными и самим подсчитать и кинетическую энергию, и ускорение ракеты? Итак, я предоставил читателям следующую таблицу по расшифровке результатов телеметрии старта ракеты Falcon-9 (см. ниже).
Особенно меня расстроил Валентин Каракалев, который подписался как инженер, а повёл себя как самый настоящий бестолковый кандидат или доктор физико-математических наук, полчища которых пытаются выхолостить из физики понимание сути физических процессов и явлений и заменить их выдуманными математическими формулами. Валентин, ведите себя как инженер - сначала поведите опыт (или воспользуйтесь опытом, который провёл кто-то другой), определитесь с полученными результатами, и на основе анализа результатов выстраивайте предположения и гипотезы. Не стоит вести себя, как физико-математический остолоп, которые обычно подгоняют результаты под выдуманную ими или другими «профессионалами» «теорию».
Расход энергии прямо пропорционален времени работы двигателей первой ступени.
Расход энергии прямо пропорционален времени работы двигателей первой ступени.
Ну, как говорится, если хочешь, чтобы всё было сделано хорошо, сделай это сам. Давайте вместе проверим, как увеличивается так называемая «кинетическая энергия ракеты», хотя, как я уже неоднократно писал, на самом деле реальной кинетической энергией следует считать количество движения, возводить скорость материального тела в квадрат - это занятие, лишённое всякого физического смысла.
Итак, отрыв ракеты от стартового стола и подъём её до высоты 100 метров мы рассматривать не будем. А таблицу дополним следующими столбцами:
- разностью скоростей при прохождении ближайших «контрольных точек»
- средним ускорением при подъёме на очередные 100 метров.
Как мы видим, вопреки заявлению Валентина Каракалева, ускорение увеличилось за рассматриваемый участок подъёма не в три раза, а всего где-то в 1,5. Примерно с 4,0 м/с² в начале до 6,0 м/с² в конце. Хотя
Масса ракеты ориентировочно уменьшалась при подъёме со 100 метров с 527,5 тонн (т.к. я учитываю, что начальная масса ракеты была примерно 549 тонн, и до прохода первой «контрольной точки» двигатели первой ступени отработали 8,6 секунд, израсходовав 21,5 тонны пропелланта) до 513,0 тонны на высоте 0,3 км и до 444,0 тонн на высоте 3 км. Более ранние контрольные участки рассматривать не будем, так как там разница получается вообще сумасшедшая (возможно, это проблемы с телеметрией).
Тяга (опять же, по грубым прикидкам) вначале составляла 7607 кН или 775,8 тс, в конце - 7793 кН или 794,7 тс.
Как можно видеть, версия, выдвинутая Валентином Каракалевым (Из тяги двигателей должны вычитать вес ракеты, а остальная часть силы дает ускорение самой ракете. Сначала эта разница невелика, но она растет, как вы говорите, со скоростью 2,5 тонны в секунду. На высоте 3 км эта разница в 3 раза больше и соответственно ускорение так же в 3 раза больше.) не выдерживает самой элементарной проверки.
На высоте 100 метров эта разница составляет 775,8 - 513,0 = 262,8 тонны, на высоте 3 км: 794,7 - 444,0 = 350,7 тонны.
Итак, что мы получили:
Количество затраченной реальной энергии (ракетного пропелланта) уменьшилось при преодолении участков с 0,3 до 0,4, с 0,4 до 0,5 и с 0,5 до 0,6, где она составляла в среднем 4,80 тонны энергии на один участок до в среднем 1,53 тонны пропелланта на каждый из последних трёх участков, то есть более чем в три раза. И это при том, что скорость ракеты увеличилась с 50 м/с до 165 м/с, а некоторые злые языки говорят, что сила сопротивления воздуха увеличивается пропорционально квадрату скорости. Хотя тут следует учитывать и разряжение атмосферы.
Разница, на которую Вы указывали, не так велика: 350,7 / 262,8 = 1,33
Так что, уважаемый Валентин Каракалев, вспоминайте, что Вы всё-таки инженер, включайте голову, не уподобляйтесь физико-теоретикам, и ищите более рациональное и правдоподобное объяснение.
А я могу Вам немного в этом помочь. Давайте рассмотрим, как изменятся затраты реальной энергии при равномерном подъёме одного и того же материального тела на высоту, ну, пускай, 20 метров, если к участку подъёма это тело подошло с различными начальными скоростями:
Затраты энергии на подъём одного и того же тела на одну и ту же высоту, при силе тяги, раной силе тяжести, зависят от начальной скорости тела.
Затраты энергии на подъём одного и того же тела на одну и ту же высоту, при силе тяги, раной силе тяжести, зависят от начальной скорости тела.
Из рисунка должно быть понятно, что если подъём осуществляется с одной и той же скоростью, равномерно, то в этом случае «подъёмная сила» должна быть равна весу поднимаемого тела. Для упрощения примем, что вес тела равен силе тяжести, действующей на тело: P = G = mg
Очевидно, что если какому-то телу массой m уже придана какая-то начальная скорость V₀, то, чем больше эта скорость, то при одной и той же силе тяги, равной силе тяжести P = G = mg, количество затраченной на подъём тела энергии также может отличаться в разы. Тут всё предельно просто. Если тело с какой-то начальной вертикальной скоростью V₀, надо поднять на высоту 20 метров при условии равномерного подъёма, то время подъёма будет равно t = h / V₀ =20 / V₀.
Соответственно, и затраты энергии на создание одной и той же силы тяги при одинаковом КПД двигателя, создающего подъёмную силу, будут прямо пропорциональны этому времени t.
Смотрим рисунок вверху. Очевидно, что при одинаковых затратах за создание силы тяги (например, при использовании ракетного реактивного двигателя), при начальной скорости V₁ = 20 м/с количество затраченной на подъём энергии будет в 20 раз меньше, если начальная скорость тела будет равна всего V₃ = 1 м/с.
Конечно, в реальности, при использовании, например, электродвигателей постоянного тока, для подъёма тела с большей скоростью, при одинаковых других параметрах, требуется увеличить скорость вращения ротора. Увеличение скорости вращения ротора требует дополнительных расходов электроэнергии, при одинаковой величине подъёмной силы. Поэтому КПД электродвигателей постоянного тока при повышении скорости вращения уменьшается. Зависимость эта (КПД от скорости вращения ротора) не линейная, как предположил один знатный член Клуба остолопов Серый Вилли Грей. Ну, Вилли вообще довольно туповат… так что обращать внимание на его многочисленные «комментарии» на моём канале не следует.
Надеюсь, мои объяснения помогли Валентину Каракалёву разобраться с вопросом о затратах энергии? Валентин, я жду от Вас нового решения.
Ну и вернёмся к замечанию Ярослава Петровского: «Мне кажется, вы забыли про кинетическую энергию.» Нет, Ярослав, не забыл. Просто не публиковал, так как решил перепроверить расчёты еще раз. Перепроверил. Ошибок (криминальных) вроде как не нашёл - но был бы Вам благодарен, если бы и Вы проверили мои «энергетические» расчёты, так как частенько бывает, что не замечаешь «бревна в глазике своём», особенно когда глазик замыливается - а я сейчас выдаю на Дзен по одной-две статьи в день, работаю над следующими, так что ошибиться могу легко. Проверьте, пожалуйста, размерности и пару-тройку цифр в таблице.
Дело в том, что, проверять только кинетическую энергию - неправильно. Согласно ЗСЭ, энергия пропелланта расходуется на работу, в данном случае - по увеличению потенциальной mgh и кинетической энергии 𝑚𝑉²/2. Поэтому, согласно ЗСЭ, расход энергии пропелланта должен соответствовать на каждом участке должен соответствовать общему приросту, то есть сумме приростов кинетической и потенциальной энергии на данном участке. Согласны?
Теперь давайте перейдём к расчётам «кинетической и потенциальной энергиям 𝑚𝑉²/2 и mgh,» изобретённым Готтфридом Лейбницем и одобренным другими учёными далёкого от нас XVII века. Но до сих пор не дающим нормально развиваться современной физике.
Для этого оставим в таблице столбцы:
- высота подъёма ракеты
- скорость ракеты
и добавим столбцы:
- масса ракеты с учётом израсходованного пропелланта в тоннах
- полная кинетическая энергия имени Лейбница 𝑚𝑉²/2 (здесь и далее все цифры - в миллионах кг×м²/с²)
- прирост кинетической энергии имени Лейбница при прохождении последнего контрольного участка Δ𝑚𝑉²/2,
- прирост потенциальной энергии имени Лейбница при прохождении последнего контрольного участка Δmgh,
- полный прирост энергий имени Лейбница при прохождении последнего контрольного участка ΔE
Итак, что мы получили, резюмирую:
Расход пропелланта при прохождении трёх «нижних» контрольных участков, с 0,3 по 0,6 км в три раза больше, чем расход пропелланта при прохождении трёх «верхних», с 2,7 по 3,0 км.
При этом прирост «общей энергии» имени Готтфрида Лейбница остался прежним, что говорит о несостоятельности нынешнего закона сохранения энергии.
Но при этом полученные результаты прекрасно вписываются в мои объяснения разного (в разы) расхода энергии при разной начальной скорости.
Хотите узнать больше?
Литература: П.И. Дубровский. Нынешний закон сохранения энергии - величайшая ошибка физики © март 2018 года.