El desarrollo de la conservación de energía
Como se muestra en la imagen: hay un eje giratorio en el centro de la rueda, 12 varillas cortas móviles están instaladas en el borde de la rueda y una bola de hierro está instalada en un extremo de cada corta. vara. Posteriormente, siguieron surgiendo personas que estudiaron e inventaron máquinas de movimiento perpetuo. Aunque muchos estudiosos han señalado que las máquinas de movimiento perpetuo son imposibles, las personas que estudian las máquinas de movimiento perpetuo siguen progresando una tras otra. Leonardo da Vinci (1452-1519), un gran erudito italiano durante el Renacimiento, estudió las máquinas de movimiento perpetuo. Lo digno de elogio es que finalmente llegó a la conclusión de que las máquinas de movimiento perpetuo son imposibles. Un contemporáneo de Leonardo da Vinci fue un italiano llamado Cardin (Jerome Cardin, 1501-1576). Primero se hizo famoso por dar las raíces para resolver ecuaciones cúbicas y también creía que las máquinas de movimiento perpetuo eran imposibles. Respecto a la imposibilidad de una máquina de movimiento perpetuo, cabe mencionar también al físico holandés Simon Stevens (1548-1620). Antes del siglo XVI, en estática, la gente sólo se ocupaba del problema de encontrar la fuerza resultante de un sistema de fuerzas paralelo y su equilibrio, así como del problema de descomponer una fuerza en un sistema de fuerzas paralelo, pero no del problema de la Equilibrio de sistemas de fuerzas que se cruzan. Para resolver este tipo de problema, la gente lo reduce a resolver el problema del equilibrio de tres fuerzas que se cruzan. La cuestión se resolvió mediante un inteligente debate. Suponga que coloca una cadena uniforme ABC sobre una cuña vertical asimétrica (sin fricción) como se muestra. En este momento, la cadena se ve afectada por la fuerza de reacción sobre las dos superficies de contacto y su propia gravedad. Resulta que son tres fuerzas convergentes. ¿La cadena se deslizará aquí o allá? Si es así, ¿qué camino tomar? Stephen se imaginó deteniendo la cuña en el aire y usando CDA para conectar la cadena en la parte inferior, como se muestra en la imagen, y finalmente resolvió el problema. La cadena que cuelga en la parte inferior se equilibra. Conecte las piezas colgantes con la cadena superior. Stephen dijo: "Si sientes que la cadena en la cuña está desequilibrada, puedo hacer una máquina de movimiento perpetuo". De hecho, si la cadena puede deslizarse, entonces debes deducir que la cadena cerrada se deslizará para siempre. Esto es obviamente absurdo; , y la respuesta debe ser Es la cadena la que no se mueve. Se le dieron las condiciones para un equilibrio de tres fuerzas. Pensó que esta prueba era muy emocionante, por lo que puso la Figura 2 en la portada de su libro "La naturaleza de las matemáticas" y sus colegas la grabaron en sus lápidas para mostrar su respeto. La solución al problema del equilibrio de los sistemas de fuerzas cruzadas también marca la madurez de la estática. Dado que las máquinas de movimiento perpetuo se vuelven imposibles de lograr, algunos países han impuesto restricciones a las máquinas de movimiento perpetuo. Por ejemplo, ya en 1775, la Academia de Ciencias de Francia decidió no publicar una comunicación sobre las máquinas de movimiento perpetuo. En 1917, la Oficina de Patentes de Estados Unidos decidió no aceptar una solicitud de patente para una máquina de movimiento perpetuo. Según F. Charlesworth, asesor adjunto de la Oficina Británica de Patentes, la primera patente británica para una máquina de movimiento perpetuo fue en 1635. Entre 1617 y 1903, la Oficina Británica de Patentes recibió aproximadamente 600 solicitudes de patentes para máquinas de movimiento perpetuo. Esto no incluye solicitudes de patentes para máquinas de movimiento perpetuo que utilizan el principio de gravedad. Sin embargo, en los Estados Unidos, después de 1917, todavía había muchos planes de movimiento perpetuo que fueron aceptados por la oficina de patentes sin ninguna pista del misterio. Julius Robert Meyer (1814-1878) fue un físico alemán. Estudió medicina en la universidad, pero no le gustaba ser médico. Es médico de barco y tiene un trabajo relativamente tranquilo.
En Occidente, el derramamiento de sangre a gran escala se practica desde aproximadamente el siglo IV. Se drenan alrededor de 12 a 13 onzas (alrededor de 340 a 370 gramos, tanto como una taza) de sangre a la vez, y el resto se drena hasta que el paciente se siente mareado. Esta terapia se basa en la teoría de la llamada "patología líquida" en el antiguo Occidente, que cree que el cuerpo humano contiene una variedad de líquidos, como sangre, flema, bilis, etc. Un exceso o una cantidad insuficiente de estos líquidos puede provocar enfermedades. La flebotomía es la eliminación del exceso de líquido. En la Edad Media, la gente rica de Occidente, especialmente las élites aristocráticas y los caballeros, tenían que someterse a derramamientos de sangre con regularidad durante todo el año, generalmente una vez en primavera y otoño. Otra función del derramamiento de sangre es hacer que las mujeres luzcan mejor, lo cual está relacionado con los estándares de belleza occidentales de la época, haciéndolas lucir blancas y no avergonzadas. Por eso las mujeres occidentales suelen sangrar. Como médico, Meyer, no hace falta decirlo, a menudo trataba a personas con sangrías. Alrededor de 1840, durante un viaje a Java, se interesó por la física debido a consideraciones sobre la temperatura corporal de los animales. En Surabaya, cuando sangró a algunos marineros enfermos, descubrió que la sangre en las venas era brillante. Al principio pensó erróneamente que había cortado la arteria equivocada. Entonces pensó que la sangre es más roja en los trópicos y el cuerpo no necesita quemar más oxígeno para mantener la temperatura corporal como lo hace en las regiones templadas.
Este fenómeno llevó a Meyer a pensar en el hecho de que los alimentos en el cuerpo se convierten en calor y el cuerpo puede realizar un trabajo. Se concluye que el calor y el trabajo se pueden convertir entre sí. También notó que los experimentos de muchas personas con máquinas de movimiento perpetuo en ese momento terminaron en fracaso, lo que le dejó un profundo impacto desde que era un niño. Esto le llevó a especular que "la energía mecánica no se puede crear desde cero".
El equivalente mecánico del calor se mencionó por primera vez en una carta que le escribió a un amigo en septiembre de 1841. Dijo: "Para que mi teoría sea explicable con confiabilidad matemática, sigue siendo extremadamente importante abordar la siguiente pregunta: ¿A qué altura sobre el suelo se debe levantar un peso (digamos, 100 libras) para que la cantidad de movimiento correspondiente a esa altura sea mayor? La cantidad de ejercicio que se obtiene al bajar el peso es exactamente igual al calor necesario para convertir una libra de hielo a 0°C en agua a 0°C." El 22 de febrero de 1840, llegó a la India con una flota y trabajó como médico. en el barco. Un día, la flota atracó en Calcuta y los miembros de la tripulación enfermaron debido a la aclimatación, por lo que Meier los desangró según el método antiguo. En Alemania, para tratar esta enfermedad, sólo es necesario insertar una aguja en la vena del paciente para liberar un chorro de sangre de color rojo oscuro, pero aquí la sangre que sale de la vena sigue siendo de color rojo brillante. Por lo tanto, Meyer comenzó a pensar: la sangre humana es roja porque contiene oxígeno, que arde en el cuerpo humano para generar calor y mantener la temperatura del cuerpo humano. Hace mucho calor aquí y la gente no necesita quemar tanto oxígeno para mantener la temperatura corporal, por lo que la sangre en los vasos sanguíneos todavía es de color rojo brillante. Entonces, ¿de dónde viene el calor en las personas? Un corazón que pese como máximo 500 gramos no puede generar tanto calor mediante el ejercicio, ni puede mantener la temperatura corporal de una persona por sí solo. Esa temperatura corporal es mantenida por la carne y la sangre en todo el cuerpo, y esta carne y sangre provienen de los alimentos que come la gente. Ya sea que coman carne o vegetales, deben provenir de plantas, y las plantas crecen gracias a la luz y el calor del sol. ¿Qué pasa con el calor del sol? Si el sol fuera un trozo de carbón, podría arder durante 4.600 años, lo cual es ciertamente imposible. Debe ser algo más, una energía desconocida para nosotros. Introdujo audazmente que el centro del sol está a unos 20 millones de grados (ahora sabemos que está a 150.000 grados). Cuanto más pensaba Mayer en ello, más se reducía a un punto: ¿Cómo se transforma (transfiere) la energía? Tan pronto como regresó a Hamburgo, escribió un artículo "Sobre la fuerza en el límite inorgánico" y utilizó su propio método para medir el equivalente mecánico de calor de 365 kg·m/kcal. Envió su artículo a Annals of Physics, pero no fue publicado, por lo que tuvo que publicarlo en una revista médica poco conocida. Sermoneaba por todas partes: "Mira, el sol emite luz y calor, y las plantas de la tierra los absorben y producen sustancias químicas..." Pero ni siquiera los físicos podían creer sus palabras e irrespetuosamente lo llamaban "loco", la familia de Yeer también sospechaba. que estaba loco y le pidió a un médico que lo tratara. No sólo no fue comprendido académicamente, sino que también experimentó golpes en la vida. Su hijo menor murió y su hermano menor también participó en actividades revolucionarias. En una serie de golpes, Mayer se suicidó saltando de un edificio en 1849. Fracasó, pero sus piernas quedaron discapacitadas y quedó lisiado. Luego lo enviaron al hospital psiquiátrico de Gogentin y sufrió torturas inhumanas durante ocho años. En 1858, el mundo redescubrió a Meyer. Después de salir del hospital psiquiátrico, la Academia de Ciencias Naturales de Basilea le concedió un doctorado honoris causa. También se puede decir que Mayer en sus últimos años sufrió mucho. En sus últimos años recibió la Medalla Copley de la Royal Society, el doctorado honoris causa en Filosofía de la Universidad de Tubinga y el título de académico de la Academia de Ciencias de Baviera e Italia. Meyer murió en Haier el 20 de marzo de 1878. En marzo de 1842, Meyer escribió un breve artículo "Opiniones sobre la fuerza en el campo inorgánico" y se lo envió a Justus von Liebig, editor en jefe de "Crónicas de farmacia y química, 1803-1873". Justus von Liebig aceptó inmediatamente utilizar el artículo. Este artículo explica por primera vez la equivalencia mecánica del calor. Se descubrió que el trabajo realizado por un objeto pesado que cae desde una altura de unos 365 metros es equivalente al calor necesario para elevar el mismo peso de agua de 0°C a 1°C. Su artículo fue publicado en mayo de 1842. Meyer fue el primer erudito en realizar experimentos térmicos mecánicos equivalentes. En 1842, utilizó un dispositivo mecánico tirado por un caballo para remover la pulpa en una olla, comparó el trabajo realizado por el caballo con el aumento de temperatura de la pulpa y dio el equivalente mecánico del poder calorífico. Sus experimentos fueron más toscos que los experimentos posteriores de Joule, pero reconoció profundamente la importancia del problema y formuló la ley de conservación de la energía por primera vez.
Escribió a un amigo a finales de 1842: "Creo subjetivamente que es esta prueba contraria la que muestra la verdad absoluta de mi ley: es decir, un teorema generalmente reconocido en la ciencia: el diseño de una máquina de movimiento perpetuo en teoría. Es absolutamente imposible (es decir, incluso si las personas no consideran las dificultades mecánicas, como la fricción, etc., es imposible que las personas lo diseñen ideológicamente con éxito), y todas mis afirmaciones pueden considerarse como una pura conclusión. de este principio imposible. Si alguien niega mi teorema, entonces puedo construir una máquina de movimiento perpetuo inmediatamente." El artículo de Meyer no atrajo la atención del público. Para compensar las deficiencias del primer artículo que no fue contado y era demasiado simple, escribió un segundo artículo, pero el resultado fue que no fue aceptado. Demostró que el sol es la fuente última de toda la energía viva y no viva de la Tierra. Más tarde, los artículos de Helmholtz y Joule se publicaron uno tras otro, y la gente atribuyó a Helmholtz y Joule los inventores del principio de conservación de la energía. Sin embargo, aunque su artículo fue temprano y sistemático, no sólo no fue reconocido, sino que también atrajo algunos artículos de ataque. Si se añade 1848, las desgracias nunca llegan solas. Dos niños murieron y su hermano menor quedó implicado en actividades revolucionarias. En 1849, Meyer saltó desde el tercer piso y quedó gravemente discapacitado. Posteriormente, le diagnosticaron esquizofrenia y lo enviaron a un hospital psiquiátrico. Los médicos creían que los nuevos descubrimientos de los que hablaba a menudo eran síntomas mentales de megalomanía. En 1858, Helmholtz leyó el artículo de Meyer de 1852 y admitió que el influyente artículo de Meyer lo precedió. Clausius también creía que Meyer fue el descubridor de las leyes de conservación. Clausius le contó este hecho al vocalista británico John Tyndall (1820-1893). No fue hasta 1862 que Tyndall presentó sistemáticamente su trabajo a la Royal Society de Londres que sus logros fueron reconocidos por la sociedad. En 1860, los primeros artículos de Meyer fueron traducidos al inglés y publicados. En 1870, Meyer fue elegido miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de París y recibió el Premio Poncelet. Después de eso, la suerte de Mayer mejoró enormemente. Con respecto a las últimas investigaciones sobre la ley de conservación de la energía, algunos investigadores creen que la ley de conservación de la energía requiere restricciones condicionales y no es universal en ninguna situación ni en ningún tiempo y espacio. La invariancia de la traducción del tiempo es una condición para la conservación de la energía. A través del análisis de la ley de conservación de la energía, algunos investigadores creen que la condición básica para el establecimiento de la ley de conservación de la energía es que la conversión de diversas formas de energía siga el principio de conversión equivalente, y señalan que Σ E = constante se ha equiparado durante mucho tiempo con la ley de conservación de la energía en física. Es una falta de comprensión de la ley de conservación de la energía. Es necesario profundizar aún más la comprensión y la investigación de la gente sobre la ley de conservación de la energía.