Savorinen pohtii: Voisiko jousille löytyä oma ”Galilein laki”?

Nämä ovat täysin minun omia pohdintojani liittyen siihen miten maailmankaikkeus ja tässä tapauksessa ihmiset toimivat.

Toivottavasti en menetä TAAS kirjoitusoikeuksiani useaksi viikoksi niinkuin on aikaisemmin usein tapahtunut ilman että minulle olisi selkeästi kerrottu syy siihen minkä takia!

Galileo, jousiketju ja Jukka Savorisen kysymys: voiko jousille löytyä oma ”Galileon laki”?

Johdanto

Tutkimuskysymys syntyi Jukka Petteri Savorisen omasta alkuperäisestä oletuksesta ennen varsinaisia laskelmia.

Ajatus oli yksinkertainen:

Jos yksi puristettu jousi työntää kuulaa, sen toimintaa voidaan kuvata Hooken lailla. Mutta mitä tapahtuu, kun samaan ketjuun lisätään toinen, kolmas ja neljäs jousi?

Savorisen huomio oli, ettei seinänpuoleista jousta pitäisi tarkastella irrallaan muusta ketjusta. Kun jouset liikkuvat, niiden väliset voimat, liitoskohtien liike ja jousien oma massa voivat vaikuttaa siihen, miten koko järjestelmä suoristuu.

Tästä syntyi kysymys:

Voisiko peräkkäisten jousien muodostamalle järjestelmälle löytyä yksinkertainen matemaattinen säännönmukaisuus samalla tavoin kuin Galileo tutki kaltevalla tasolla liikkuvan kappaleen liikettä?

Galileon klassinen tulos voidaan esittää muodossa

s ∝ t²,

kun kappale liikkuu vakion kiihtyvyyden alaisena levosta lähtien.

Vasta tämän kysymyksen esittämisen jälkeen Copilot, ChatGPT, Gemini ja MetaAI lähtivät tarkastelemaan ilmiötä fysiikan ja matematiikan avulla.

.

Lähtötilanne

Tutkittava järjestelmä oli periaatteessa:

Seinä → Jousi 1 → Jousi 2 → Jousi 3 → Jousi 4 → Kuula.

Kaikki jouset oletettiin aluksi puristetuiksi.

Savorisen keskeinen kysymys ei ollut pelkästään se, kuinka paljon energiaa jousiin varastoituu. Hän halusi selvittää, miten peräkkäiset jouset vaikuttavat toistensa liikkeeseen ja suoristumiseen.

Tämä on tärkeä ero: kokonaisenergian laskeminen ei yksin kerro, miten energia jakautuu kuulan, jousien ja niiden liikkeiden välillä.

.

Ensimmäinen havainto: voima ei kasva suoraviivaisesti

Aluksi tarkasteltiin mahdollisuutta, että kaksi peräkkäistä jousta voisi tuottaa kaksinkertaisen voiman.

Tässä on erotettava kaksi tapausta.

Rinnankytkennässä jousien voimat voivat summautua. Sarjakytkennässä taas ideaalisten, massattomien jousien läpi kulkeva voima on tasapainotilanteessa sama, vaikka kokonaisjäykkyys pienenee jousien määrän kasvaessa.

Siksi peräkkäisten jousien lisääminen ei sellaisenaan kaksinkertaista kuulan alkuun kohdistuvaa voimaa.

Massallisessa, ajassa muuttuvassa jousiketjussa voimat eivät kuitenkaan välttämättä ole kaikkialla yhtä suuret, koska ketjun eri osat voivat kiihtyä.

.

Savorisen alkuperäinen kysymys säilyi

Vaikka jousien lisääminen sarjaan ei ideaalitapauksessa kasvata kokonaisjäykkyyttä, alkuperäinen kysymys jäi avoimeksi:

Miten seinänpuoleisen jousen liike riippuu muusta jousiketjusta?

Tässä vaiheessa jousien oma massa ja järjestelmän dynaaminen käyttäytyminen nousivat keskeisiksi.

Kun jousilla ja liitososilla on massa, niiden liike ei välity koko ketjuun välittömästi. Jännityshäiriöt etenevät äärellisellä nopeudella, ja järjestelmään voi syntyä kytkeytyneitä värähtelyjä sekä aaltoilmiöitä.

Tämä tarkoittaa, että jousiketjua on tarkasteltava kokonaisuutena eikä vain yksittäisten jousien staattisten voimien summana.

.

Vastavoimat ja jousien välinen vuorovaikutus

Jousi kohdistaa voiman kumpaankin päähänsä. Newtonin kolmannen lain mukaan vuorovaikutuksen voimat ovat yhtä suuret ja vastakkaissuuntaiset.

Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että jokainen edessä oleva jousi yksinkertaisesti estäisi takana olevaa jousta suoristumasta. Todellinen liike riippuu jousien voimista, massoista, liitoskohtien kiihtyvyyksistä ja siitä, miten jännityshäiriöt etenevät ketjussa.

Savorisen havainto johti siten fysikaalisesti olennaiseen kysymykseen: miten jousien keskinäinen kytkeytyminen muuttaa koko ketjun liikettä ja kuulan saamaa energiaa?

.

Efektiivinen massa ja liikkuva kuorma

Kun jousilla on massa, osa alkuenergiasta voi muuttua jousien ja liitososien liike-energiaksi. Lisäksi järjestelmän eri osat voivat värähdellä eri tavoin.

Tällöin kuulan liikettä ei voi yleensä kuvata pelkästään sen massalla ja yhden jousen jäykkyydellä.

Efektiivinen massa voi olla hyödyllinen käsite tietyn liikkeen tai värähtelymuodon kuvaamiseen. Sitä ei kuitenkaan voida ilman erillistä johtamista olettaa yksinkertaisesti kaikkien ketjuun lisättyjen jousien massojen summaksi.

Siksi on ratkaistava, miten jousien lukumäärä, niiden massa ja ketjun rakenne vaikuttavat kuulan nopeuteen ja energian siirtymiseen.

.

Energia ja mahdollinen matemaattinen riippuvuus

Jos ketjussa on N identtistä ideaalista jousta, joiden jokaisen jousivakio on k ja puristus on x₀, niiden alkuun varastoitu kokonaisenergia on

Eₙ = N · ½kx₀².

Jos kaikki tämä energia muuttuisi kuulan liike-energiaksi, energian säilymisestä seuraisi

½mₚvₙ² = N · ½kx₀²,

josta saadaan

vₙ² = (kx₀²/mₚ)N.

Tässä ideaalitapauksessa kuulan loppunopeuden neliö olisi siis verrannollinen jousien lukumäärään, jos jokaisen jousen puristus pidetään samana ja koko alkuenergia päätyy kuulan liike-energiaksi.

Tulos ei kuitenkaan sellaisenaan ratkaise massallisten jousien tapausta. Kun jousilla on massa, osa energiasta voi jäädä jousien liikkeeseen ja värähtelyihin. Siksi vastaava riippuvuus on tällöin johdettava dynaamisesta mallista tai tarkistettava kokeellisesti.

Mahdollinen riippuvuus

vₙ² ∝ N

on tässä vaiheessa vertailukohta, ei vielä löydetty yleispätevä jousiketjun laki.

.

Mihin päädyttiin?

Keskustelun tuloksena ei löytynyt valmista ”jousiketjun Galileon lakia”.

Sen sijaan alkuperäinen kysymys tarkentui: miten peräkkäisten massallisten jousien lukumäärä vaikuttaa kuulan kiihtyvyyteen, loppunopeuteen ja energian siirtymiseen?

Kysymys liittyy klassisen mekaniikan tunnettuihin tutkimusalueisiin, kuten kytkettyihin värähtelijöihin, elastisten rakenteiden aaltoliikkeeseen ja energian jakautumiseen liikkuvassa järjestelmässä.

Jukka Savorisen alkuperäinen havainto johti tarkasteluun, jossa yksittäisen jousen käyttäytymisen sijasta tutkitaan koko ketjun yhteistä dynamiikkaa.

.

Seuraava vaihe

Seuraavaksi tarvitaan vertailukelpoinen laskenta tai koe, jossa jousien lukumäärää kasvatetaan yksi kerrallaan. Jousien jäykkyys, massa, alkuperäinen puristus ja kuulan massa on pidettävä hallinnassa.

Tuloksista voidaan tutkia ainakin seuraavia suureita:

  • Kuulan alku- ja loppunopeus.
  • Kuulan liike-energia eri jousimäärillä.
  • Aika, jossa jännityshäiriö etenee ketjun läpi.
  • Jousien ja kuulan välinen energian jakautuminen.

Vasta tämän jälkeen voidaan arvioida, muodostuuko jostakin suureesta yksinkertainen matemaattinen riippuvuus.

Tutkimuskysymys on siis edelleen avoin:

Löytyykö peräkkäisistä massallisista jousista muodostuvalle järjestelmälle yksinkertainen matemaattinen laki, joka kuvaa jousien lukumäärän vaikutusta kuulan liikkeeseen?

Seuraava ratkaiseva askel ei ole olettaa lain muotoa etukäteen, vaan johtaa se mallista tai löytää se mittauksista.

🤔

Annoin tuon vielä Copilotille ja se kävi tuon läpi näin:

Tarkistin tekstin fysiikan ja tieteellisen esitystavan kannalta. Kokonaisuutena tämä versio on selvästi parempi kuin aikaisemmat, koska siinä erotetaan toisistaan:

  • käyttäjän alkuperäinen oletus
  • tunnettu fysiikka
  • ideaalimallit
  • avoimet tutkimuskysymykset

En löytänyt siitä varsinaista fysiikan virhettä. Muutama kohta kaipaisi kuitenkin täsmennystä, jos tavoitteena on mahdollisimman tarkka artikkeli.

1. Johdanto

Tämä kohta on hyvä:

”Tutkimuskysymys syntyi Jukka Petteri Savorisen omasta alkuperäisestä oletuksesta ennen varsinaisia laskelmia.”

Tämä korjaa hyvin aiemman version ongelman, jossa vaikutti siltä kuin tekoälyt olisivat ehdottaneet tutkimuskysymystä.

Tässä tapauksessa tutkimuskysymys todella tuli sinulta ensin.


2. ”Galileon klassinen tulos”

Kirjoitat:

”Galileon klassinen tulos voidaan esittää muodossa s ∝ t², kun kappale liikkuu vakion kiihtyvyyden alaisena levosta lähtien.”

Tämä on oikein.

Jos haluat olla historiallisesti tarkempi, voit kirjoittaa:

Galileo osoitti kokeellisesti, että tasaisesti kiihtyvässä liikkeessä kuljettu matka on verrannollinen ajan neliöön.

Näin vältetään vaikutelma, että Galileo olisi aloittanut Newtonin myöhemmästä kiihtyvyyskäsitteestä.


3. Sarjakytkettyjen jousien voima

Kirjoitat:

”Sarjakytkennässä taas ideaalisten, massattomien jousien läpi kulkeva voima on tasapainotilanteessa sama”

Tämä on täsmälleen oikein.

Hyvä lisäys oli myös:

”Massallisessa, ajassa muuttuvassa jousiketjussa voimat eivät kuitenkaan välttämättä ole kaikkialla yhtä suuret”

Tämä korjaa useissa AI-vastauksissa esiintyneen yliyksinkertaistuksen.


4. Vastavoimat

Tämä kohta on mielestäni tärkein korjaus koko artikkelissa:

”Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että jokainen edessä oleva jousi yksinkertaisesti estäisi takana olevaa jousta suoristumasta.”

Juuri näin.

Aikaisemmin Gemini meni hieman liian pitkälle kuvaamalla tapahtumaa melkein jonkinlaisena jonossa tapahtuvana purkautumisena.

Todellisessa järjestelmässä syntyy kytketty värähtelyongelma.


5. Efektiivinen massa

Tämä on erittäin hyvä korjaus:

”Efektiivistä massaa ei kuitenkaan voida ilman erillistä johtamista olettaa kaikkien ketjuun lisättyjen jousien massojen summaksi.”

Tämä on tärkeä huomio.

Moni keskustelussa esitetty arvio käytti

[ M_{eff}\propto N ]

lähinnä intuitiivisena arviona.

Se ei vielä ole johdettu tulos.


6. Energiaosio

Tämä on artikkelin vahvin matemaattinen kohta.

Johto

[ E_N=N\frac12kx_0^2 ]

↓

[ \frac12m_pv_N^2 = N\frac12kx_0^2 ]

↓

[ v_N^2

\frac{kx_0^2}{m_p}N ]

on täysin oikein ideaalimallissa.

Pidän erityisesti siitä, että heti perään kirjoitat:

”mahdollinen riippuvuus vₙ² ∝ N on tässä vaiheessa vertailukohta, ei vielä löydetty yleispätevä jousiketjun laki.”

Tämä on tieteellisesti täsmällinen tapa ilmaista asia.


7. Mitä ehkä lisäisin?

Yhden pienen kohdan.

Nykyisestä tekstistä saa hieman vaikutelman, että keskustelun lopussa ei löydetty mitään muuta kuin avoin kysymys.

Minä kirjoittaisin lisäksi esimerkiksi:

Keskustelun konkreettinen tulos oli havainto, että sama ongelma voidaan tarkastella ainakin kolmella eri tasolla:

  1. ideaalinen energiamalli (massattomat jouset)
  2. efektiivisen massan approksimaatiot
  3. täydellinen kytkettyjen värähtelijöiden malli

Näiden vertaaminen toisiinsa muodostui keskustelun aikana keskeiseksi tutkimuslinjaksi.

Koska tämä oli itse asiassa yksi keskustelun merkittäviä tuloksia.


Kokonaisarvio

Jos arvioisin tekstin tieteellisen tarkkuuden asteikolla 1-10:

  • Ensimmäinen versio: 6/10
  • AI-keskustelun aikana syntyneet yhteenvedot: 7/10
  • Tämä uusi versio: 9/10

Suurin ansio on siinä, että teksti kuvaa oikein, mistä idea lähti:

Jukka Petteri Savorinen oletti jo ennen laskentaa, että peräkkäisten jousien keskinäinen vastavaikutus voisi tuottaa Galileon löytämää kaltevan tason lakia muistuttavan matemaattisen säännönmukaisuuden.

Sitten vasta alettiin tutkia, voiko fysiikka tukea tuota oletusta. Se on olennainen historiallinen järjestys koko keskustelussa.

🤔

Savorinen Jukka Petteri yhdessä ChatGPTn, Copilotin, Geminin ja MetaAIn kanssa 😃

Jukka Petteri Savorinen

Uusi Suomi blogini

Also english in many old text. Just open and rolling down 🙂

Mies joka joutessaan selvitti miten maailmankaikkeus toimii 😃

Jos aihe kiinnostaa, kannattaa aloittaa ensimmäisestä tekstistä jonka kirjoitin tänne. Aluksi se on englanniksi googlekääntäjällä, mutta rullaa alaspäin, niin löytyy myös suomeksi 😃

31.12.2020 kirjoitin sen ensimmäisen. Paina sormi linkin päälle ja sitten avaa.

https://puheenvuoro.uusisuomi.fi/jukka-savorinen/johtiko-albert-einstein-fyysikot-ja-kosmologit-100-vuoden-harharetkelle/

Tekstin jälkeen alhaalla onkin suora linkki seuraavaan aiheeseen jne 😃

I am the One who found out how Universe working.

The nuclei of atoms expand and recycle an expanding dark pushing force that has the nature of dark expanding waves of expanding light. Also the nature of expanding electrons and expanding photons. The dark waves of expanding light interact with each other, accelerating the expansion of each other, and thus the expanding lights move faster and faster in the same proportion as substances / matter and lights expand.
Lets start reading my first post here. It was 31.12.2020

Press the link a little longer
and then click open = avaa

https://puheenvuoro.uusisuomi.fi/jukka-savorinen/johtiko-albert-einstein-fyysikot-ja-kosmologit-100-vuoden-harharetkelle/

Did Albert Einstein lead physicists and cosmologists on a 100-year delusion?

Juu, myös suomeksi 😃

😃

Uuden Suomen blogipalvelussa bloggaajat julkaisevat tekstinsä itse ja niissä esitetyt näkemykset ovat kirjoittajien omia.

Ilmoita asiaton sisältö

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu