Наряду с представлениями о пространстве и времени, понятие об энергии также относятся к базовым понятиям естественнонаучного мировоззрения о мироустройстве.

Энергия – это физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

Но что нам известно об энергии, о ее формах и законах ее трансформации?

В классической механике Герман Гельмгольц первым выделил две формы энергии: кинетическую и потенциальную. Им же и был впервые сформулирован в точных терминах закон сохранения энергии. Формулировка закона сохранения энергии по Гельмгольцу такова:

« Во всех случаях, когда происходит движение подвижных материальных точек под действием сил притяжения и отталкивания, величина которых зависит только от расстояния между точками, уменьшение силы напряжения всегда равно увеличению живой силы, и наоборот, увеличение первой приводит к уменьшению второй. Таким образом, всегда сумма живой силы и силы напряжения постоянна».

В этой цитате под « живой силой» Гельмгольц понимает кинетическую энергию поступательной формы движения материальных точек, а под « силой напряжения» – потенциальную энергию динамического взаимодействия с силами притяжения и отталкивания, т.е. с потенциальными силами. И именно Г. Гельмгольц впервые сформулировал определения обеих форм энергии.

Кинетическая энергия характеризует мгновенную энергию поступательного движения материальной частицы или материи, движущейся со скоростью :

               (1.1)

Потенциальная энергия материальной частицы характеризует динамическую энергию ее взаимодействия с окружающей материей. Однако формула ее определения не столь однозначная, как у кинетической энергии. И это обусловлено природой взаимодействия.

Ведь что такое взаимодействие? Это есть физическое явление силового воздействия двух или более материальных тел (микрочастиц) друг на друга. Ясно также, что силы, воздействующие на взаимодействующие тела, имеют полевую природу. Эти полевые силы есть либо (на мега и на макроуровнях) – силы гравитации, либо (на микроуровне) – силы упругости, имеющие электромагнитную природу: результирующие силы молекулярно-атомных структур, представляющие собой их совокупный силовой эффект электрических сил Кулона и Фарадея, сил Ампера и др.

Поскольку сила – это векторная величина, величина которой характеризует интенсивность взаимодействия, а ориентация вектора силы в пространстве характеризует направление ее действия, то все силовые поля теоретически могут быть разложены всего на три класса: потенциалы, вихри и вихре-потенциалы.

Вообще все силовые (и не силовые) поля (согласно теории мультиаксиальных потенциалов и вихрей точечных источников) классифицируются на классы, типы и виды.

В природе существует всего три класса полей, а в каждом классе различаются по два типа полей:

- Потенциальные поля

• Потенциальные поля скалярного типа
  
• Потенциальные поля векторного типа
  

- Вихревые поля

• Вихревые поля поперечно-осевого типа (замкнутые вихри)
  
• Вихревые поля продольно-осевого типа (открытые вихри)
  

- Вихре-потенциальные поля

• Однородные вихре-потенциалы (поля Лапласа)
  
• Неоднородные вихре-потенциалы (конфлюэнтные поля)
  

Внутри каждого из типов поля распределены в двумерные матрицы видов полей. Виды полей различаются по показателю мультиаксиальности и по рангам (ранжированы).

Показатель мультиаксиальности поля характеризует количество структурных осей у поля данного вида. Показатель мультиаксиальности у всех полей принимает натуральные значения, и лишь у сферически симметричных потенциалов (и только у них!) этот параметр имеет нулевое значение.

Рангом поля в теории потенциалов и вихрей называется показатель (степень) зависимости интенсивности поля данного вида от расстояния до точечного источника. Ранг поля – это целочисленный параметр, т.е. положительное или отрицательное число или ноль.

Таким образом, гравитационное силовое поле, так же как и электростатическое кулоновское силовое поле, классифицируются как потенциальные поля векторного типа, с рангом - 2 (т.к. изменяются по закону обратных квадратов) и с нулевой мультиаксиальностью (т.к. они сферически симметричные). А поля сил упругости имеют ранг +1, т.к. сила Гука прямо пропорциональна растяжению/сжатию пружины. Зато поля электромагнитных излучений (свет, радиоволны, ИК - излучение) имеют ранг -1 (при условии точечного излучателя). Однородные поля имеют ранг 0, т.к. они не изменяются с расстоянием от источника. Существуют также поля ранга - 3 и ниже. Например, поля энергетической плотности (энергетического давления) силовых полей вокруг электрического заряда или массивного тела имеют ранг - 4.

Так вот оказывается, что формула определения потенциальной энергии тела, взаимодействующего с окружающей материей, зависит от рангов потенциальных силовых полей, участвующих во взаимодействии. Энергодинамика выявила закономерности определения потенциальной энергии тела в потенциальных полях различных рангов.

Оказалось, что закон сохранения полной механической энергии изолированных систем справедлив для всех видов потенциальных взаимодействий лишь при условии, если потенциальную энергию тел определять с учетом ранга силовых полей, участвующих во взаимодействии.

формате PDF (182Кб)