Ove Tedenstig, Idungatan 37, 19 551 Märsta/Sweden 30/10-1996 (Utdrag från "A NEW WAY TO PHYSICS 1990") KRAFT De grundläggande begreppen inom fysiken är i sig primitiva men ändock svåra att förnuftsmässigt greppa. Ett begrepp som är speciellt besvärligt är begreppet "kraft". Kraft är den storhet som man inom fysiken mäter men även någonting som man ofta starkt upplever som något verkligt, påtagligt i många sammanhang. Den kraft som man kanske mest märker men som man ändock inte funderar över så mycket är gravitationskraften, denna kosmiska kraft som drar allt och alla föremål mot jordens yta och för- hindrar att alla lösa föremål slungas ut i världsrymden. En annan välbekant kraft är masströghetskraften. Det är den kraft som uppstår då ett föremål eller vi själva försöker ändra hastighet. Speciellt märker vi denna kraft om vi åker med ett fordon som hastigt ökar farten (accelererar) eller bromsar in (retarderar). Då vi slår hammeren på en spik är det samma typ av kraft som verkar. Tröghetskraften i hammarens massa förhindrar hammaren att omedelbart stanna och resultatet blir att spiken drives in träplankan. Mellan elektriskt laddade partiklar eller mellan magnetiska poler finns också verkande krafter, liksom även starka krafter i atomkärnan eller mellan elementära partiklar. Dessa fyra krafter, gravitation (tung kraft), trög kraft, elektromagnetiska krafter samt stark kraft är de fyra olika krafttyper som vanligtvis brukar klassificeras i fysiken. James Clerk Maxwell (Skotsk fysiker som bl.a skapade en stor elektromagnetisk teori samt gjorde franstående arbeten inom gasteori), kunde påvisa, att de elektriska krqafterna och de magnetiska krafterna hade en gemensam källa. Einstein gjorde försök att samordna trög och tung massa (interial massa) med gravitaterande massa genom den s.k. ekvivalensprincipen. Dock, i denna teori är gravitationen inte någon egentlig kraft utan bara en yttring i "rumtiden". I s.k. GUT teorierna (Grand Unified Theories) söker man inordna samtliga kända krafter i en gemensam teori med hjälp av partikelteori. Dock är man idag långt ifrån att lyckas med detta och speciellt är det gravitationskraften som är svår att inordna. Det konstanta trycket i ett bildäck eller i en spänd fjäder brukar vi vanligtvis benämna som en "statisk kraft". En stöt som skjuter iväg en kanonkula, en hammare som driver in en spik i en planka osv brukar gå under benämningen dynamiska krafter. Ur praktisk synpunkt kan en sådan indelning av krafter vara befogad, dock är detta enbart en ytlig betraktelse av kraftbegreppet. =========================================== I grunden är alla krafter av dynamisk natur =========================================== Därvid kommer vi att finna, att alla krafter i naturen kan hänföras till en enda universell princip. Det är Newtons andra kraftlag som utgör denna grund som in princip beskriver hur dynamiska krafter uppstår genom att materia tvingas att förändra sitt rörelsetillstånd som funktion av tid. Vi måste därför föreställa oss fenomenet kraft som materiens begränsade förmåga att på obegränsat kort tid överföra ett rörelsetillstånd till en annan del av materien. De mikroskopiska enheter varav materien i grunden består, rör sig med begränsad hastighet och en överföring av en störning (läge eller hastighet) kan därför inte ske momentant. Vi har en överföringsfunktion i tiden. Under denna överföringsfas varunder omstrukturering sker på mikro-kosmisk nivå av materien, manifesteras fenomen som vi uppfattar och definierar under begreppet "kraft". Ibland (vid våldsam kollition mellan massor) sker en omstruktu- rering av materia, en deformation uppstår, utgörande en bestå- ende verkan av kraften. Denna effekt fås då den yttre påtvingade verkan är större än den inre verkan i materien (deformations- gränsen överskrides). Om vi vill söka en förenad princip för begreppet kraft måste vi söka förstå grunden för detta begrepp. ========================================================= Vår utgångspunkt är att kraft enbart är av dynamisk natur som uppstår då massa försöker ändra sitt rörelsetillstånd Emedan överföring av information konsumerar tid är kraft det dynaiska tillstånd som kan definieras i övergångsfasen mellan två stabila tillstånd. ========================================================= Sålunda är alla kända kraftverkningar i naturen att hänföra till samma grundläggande princip. De är enbart olika makroskopiska yttringar av samma fenomen. EN MATEMATISK STUDIE AV KRAFT-BEGREPPET Kraftbegreppet är svårt att förstå om man inte betraktar det som en kollektiv manifestation mellan materiens funda- mentala delar. Kraft skall också ses som ett dynamiskt fenomen av växelverkan mellan delar i materien som befinner sig i olika rörelsetillstånd och som ett övergångsfenomen fram till ett stabilare tilstånd. Med detta synsätt skulle det sålunda finnas en nedre nivå i materien där kraftbegreppet upphör att gälla. Dock, för att möjliggöra en analys av kraftbegreppet utgår vi ifrån denna föreställning om den kollektiva manifestationen. Som utgångs- punkt väljer vi två partikelsamlingar med n respektive N antal fria entiteter i varje samling. För enkelhets skull utgår vi ifrån att N är mycket större än n och att N befinner sig i vila i förhållande till ett valt referenssystem. --------> v n N oo oooo oooo oooooooo oo oooooooooo oooooooo oooo Utgångspunkten är sålunda att vi har n respektive N entiteter i respektive samling. Den minsta samlingen rör sig med hastig- heten v mot N och entiteternas rörelser överförs i sin helhet till den större samlingen. Vi vill beskriva övergångsförloppet. Processen blir som följer: Alla n partiklarna i den mindre samlingen kommer successivt att stöta samman med någon partikel i N samlingen. För varje samman- stötning kommer successivt fler och fler partiklar att deltaga i rörelsen, dock till priset av en reducerad hastighet för varje deltagande partikel. Man kan förmoda, att hastigheten halveras för varje gång antalet deltagande partiklar fördubblas. Efter ytterligare en period är antalet deltagande partiklar faktor 4 gånger som från början men med endast 1/4 av den ursprungliga hastigheten. Denna process fortgår fram till dess att alla partiklarna n+N antagit em gemen- sam hastighet. Vi skall här något förenklat matematiskt söka beskriva förloppet ifråga. Vi tänker oss en fri medelvägsdistans mellan enskilda entiteter i samlingarna och benämner denna fria medelvägslängd med symbolen, s. Varje entitet måste således förflytta sig denna distans innan den kan påverka en annan partikel i sin närhet genom direkt påverkan (stöt). För varje ny stöt mellan n entiteter med n nya entiteter halveras hastigheten hos de involverade partiklarna i samlingarna. Om antalat stötar som är inblandade fram till stabilt tillstånd är ,nx, kan den totala tiden för övergångsfasen beräknas till en summa, lika med : T= SUM(s/vn)= s/v+s/(v/2)+s/(v/4)+s/(v/8)+....+s/(v/nx) Om det totala antalet gruppkollitioner fram till det stabila vilotillståndet är nx, får vi en serie av termer vars summa vi kan beräkna med hjälp av en matematisk summeringsregel : antal termer Första termen *(kvot - 1 ) S = ------------------------------------- kvot - 1 ger : nx nx T= (s/v).1.(2 -1)/(2-1) = (s/v).(2 -1) eller : nx 1) (2 -1)= T.v/s Vid den första gruppkollitionen är n entiteter involverade. I den andra gruppkollitionen är 2.n antal entiteter i rörelse, dvs antalet entiteter fördubblas för varje gruppkollition. Vid varje sådan händelse sjunker hastigheten hos de involverade partiklarna till hälften av sitt föregående värde (statistiskt). Då alla entiteter (n+N) är i rörelse har jämviktstillstånd uppnåtts. Ur detta resonemang erhåller vi följande : N= n + 2.n + 4.n + 8.n + .... nx.n = n.(1+2+4+8+...+ nx) = nx nx nx n.(2 -1)/(2-1) = n.(2 -1) vilket ger : nx 2) (2 -1) = N/n Sammanställning av 1) och 2) ger : T.v/s = N/n eller n.T.(v/s) = N Vi multiplicerar båda sidor av denna ekvation med hastigheten V, som är den hastighet N har efter fullbordad stöt, vilket ger: V.n.T.(v/s) = n.V 3) T.(v.V.n/s) = N.V Rörelsemängden n.v är konstant oförändrad under reaktionen vilket innebär, att om hela rörelsemängden n.v överförs till N gäller att n.v= N.V under den förenklade förutsättning som här gäller n<