Порядок в массах

К началу https://aftershock.news/?q=node/571031

У популярности АШ, как и у любого явления, есть обратная сторона - очень разные направления и объем знаний читателей. Поэтому для увеличения массовости аудитории надо будет время от времени поливать сухое древо теории кровью жизненных примеров.
С точки зрения структурированности теорию можно уподобить описанию элемента "железо", а примеры - атомам железа.
Как тут не вспомнить классика - "теория становится материальной силой, как только она овладевает массами". Действительно, лом поувесистей иголки будет, и тем более - бумажной закорючки Fe :).
Вот с масс, пожалуй, и начнем. Будем надеяться, выйдет не "девка, брошенная в полк".

В жизни нам приходится сталкиваться с тремя фазовыми состояниями вещества - твердое тело, жидкость, газ. 
Этих описаний достаточно для структурно простого, однородного вещества, такого как чистое железо. 
Если вещество неоднородно, и само состоит из разных структур, вариаций больше.
(Тут мне захотелось вставить картинку - фазовую диаграмму хотя бы железа с углеродом...Хотя нет, лучше обойдусь :) .
Суть такова, что для двух простых веществ обычно можно подобрать температуру, при которой они оба твердые, и температуру, при которой они оба - жидкие, в том числе и в смеси.
Но в этом температурном промежутке могут существовать разнообразные комбинации фаз, в зависимости от взаимоотношения концентраций, степени растворимости друг в друге, и возможности образования химических соединений.
Режим снижения температуры при затвердевании тоже оказывает влияние на свойства полученного материала. А если составляющих больше двух? 
В общем, в изучении вариаций структурированности материаловедение занимает почетную роль - просто оглянитесь вокруг и попробуйте пересчитать материалы. 
Или хотя бы в устройстве, с которого вы это читаете.
А мы пока опустимся ниже плинтсолидуса, туда, где все - твердое. (Как все таки латинское -us придает научность слову, например, "лопатус" :)

От массы зависит гравитационное взаимодействие. Раз оно самое слабое из всех, заметно подействовать на массу тела может только другая, причем из-за прямой пропорциональности - огромная масса. А из таковых под ногами - одна Земля, поэтому массу Земли внесли в константу g.
Обратная пропорциональность квадрату расстояния почти не дает шансов даже Луне. Только океан способен своей массой ощутимо отреагировать на нее приливами, и то из-за отсутствия дальнего порядка в воде.

Ну, порядок - он и есть порядок. 
Ближний - это когда упорядоченность между элементами конгломерата сохраняется на расстояниях, сравнимых с размерами элементов, дальний - на существенно больших.
В твердых телах есть и ближний, и дальний порядок, в жидкостях - только ближний, в газах - ни того, ни другого.
Аморфные тела, хоть и похожи на твердые из-за высокой вязкости, но, как и жидкости, не имеют дальнего порядка.

Чем больше порядка, тем выше структурированность в пространстве, тем больше сила взаимодействия, по латыни - potentia.
Потенциал - статическая характеристика, а если рассматривать пространственно-временную структурированность - это будет греческая кинетика, кино по-простому.
В формулах кинетики присутствует время, явно или через производные от пространства, вроде скорости и ускорения. 
Переход из формы в форму - потенциальная энергия переходит в кинетическую и наоборот.

Как отмечалось в предыдущей статье, структурированность охраняет себя от воздействия краткосрочных флуктуаций потока явлением буферизации, а от среднесрочных - адаптацией.
Рассмотрим возможности твердой массы для буферизации. 
Понятие буфер возникло как железнодорожное устройство, амортизирующее относительную хаотичность движения соседних вагонов. Но это буферизация не в массе, а в упругих элементах сцепки.
В этом примере буферизация массы  - это сдача локомотива назад перед троганием состава. 
Тогда буфера ослабляются и сжимаются, и при трогании локомотив разгоняет только первые вагоны, а последующие страгиваются с места уже совокупным импульсом движущихся.
Примерно так выглядит любая недеструктивная буферизация в твердой массе - передача импульса. 
Накопление статической массы малоприменимо, разве что для создания давления, по типу гнета. 

Поэтому твердую массу используют в явлениях структурированности, связанных с кинетикой. Из ее определения следует например, решение транспортных задач.  
Но однонаправленное прямолинейное движение подразумевает последующую остановку. 
Что произойдет при мгновенной остановке высокоимпульсного тела, скажем, об стену? Правильно, бада-бум. 
Хорошо, если это и есть цель (разрушение или другое резкое изменение характеристик структуры-приемника).
А если нет, и потребление импульса должно изменяться медленно? Приходится куда-то перенаправлять накопленную структурированность. 
Хуже всего - во внешнюю энтропию, тогда она теряется для системы. Выход будет только в какой-то иной форме буферизации.

Одностороннее движение массы дает максимальную пользу для диссипативной структуры, только если ей не приходится возвращать эту массу в обратном направлении.
То есть когда существует внешний по отношению к структуре процесс, создающий (или, что хуже, одноразово создавший большой) запас массы на входе.
В противном случае использование массы должно быть циклическим, по типу подвесной канатной дороги. 
Но кроме полезной буферизуемой массы, приходится перемещать служебный контейнер и движитель для него, а это почти всегда чистая энтропия. 
Стремятся увеличивать отношение полезной массы к полной, но качество структурированности транспортной среды ограничивает габариты, поэтому океанские контейнеровозы перевозят до десятков тысяч контейнеров до десятков тысяч километров, железнодорожные составы - до тысяч тонн на тысячи километров а фуры - десятки тонн на сотни километров.
При дальнейшем сокращении плеча мы приходим к возвратно-поступательному движению, и в пределе - к вращательному. Плюс его в том, что нет обязательного перемещения всей системы. 

Однако в отличие от равномерного прямолинейного движения, при котором в идеале силы на тело не действуют, при вращательном присутствует центростремительная сила, которая может его разорвать, что создает дополнительные ограничения вращательной буферизации.
Эти эффекты уменьшаются с радиусом, но тогда уменьшается и момент инерции, в котором буферизуется вращаемая масса. Кроме того, остаются те же проблемы с согласованием вращательных скоростей буфера и приемника. Согласующие устройства выполняют задачу, обратную буферизации, и для этого желательно минимизировать их массу.
Опять же появляются проблемы временных излишков структурированности и потерь на энтропию. 
За человеческую историю было придумано множество способов решения этих проблем - разнообразные виды передач, но физические ограничения на плотность и прочность (читай структурированность) материалов пока обойти не получается.

Чаще твердую массу используют не "как есть", а в качестве источника для некоего процесса преобразования структурированности, как для изменения формы, так и изменения состава. 
И в том, и в другом случае необходимо раздробить начальную структуру на мелкие элементы, чтобы использовать для создания новой формы или относительного увеличения реагирующей поверхности.
Это энтропийные расходы на разрыв связей, реализующих дальний порядок. 
Если сыпать сверху раздробленную твердую массу, гравитация удерживает ее в форме кучи, на которую издали походят все пирамиды - не случайно, так как это самая экономная форма.
Но если раздробить помельче, и потрясти - гравитация выровняет поверхность, как у жидкости.
Растертая в пыль масса может не оседать в воздухе месяцами. Поэтому и обращаться с ней можно как с газом.
Отсюда вытекает еще один вариант использования твердой массы - контейнер для буферизации более мелких частиц, жидкостей и газов.
Контейнеризация добавляет порог в закономерность взаимодействия содержимого со средой (иначе вода выльется или газ взорвется и т.п.). Или, как формулировалось в ранней статье, эта степень свободы "вымораживается".

Свойства жидкой массы в твердом контейнере такие же, как и непосредственно твердой массы, (с добавкой расходов на контейнеризацию). Однако есть и отличия.
Плотность жидкостей обычно ниже в несколько раз, чем у природных твердых тел (камни и самородки).   
Вода - единственная форма массы, которая за счет испарения и выпадения осадков преодолевает гравитацию на сотни метров в высоту, так что речной поток структурированности можно использовать "в один конец" (с учетом годовой цикличности).
Но если потребуется, воду также легко поднять вверх насосом для создания искусственного буфера массы с заметными, но приемлемыми потерями на энтропию.
Контейнер для воды достаточен открытый сверху. Стенки для больших объемов буфера желательно иметь естественные, потратившись только на плотину в узком месте.    

Как упоминалось, океан может реагировать на притяжение Луны (и в меньшей степени Солнца), но здесь достигаются всего лишь метры прямого и обратного перепада высот с суточной и месячной цикличностью.
Суточная противонаправленность сама по себе требует дополнительной буферизации, а месячная цикличность скорее всего потребует адаптации в использовании - на паре метров перепада высоты площадь водяного буфера должна быть огромнной.
И чтоб закончить с естественными жидкостными процессами, есть морские течения, но они пока слишком труднодоступны для использования.

Жидкость из-за ближнего порядка хорошо передает давление, что используется в гидроприводах и насосах. При высоких скоростях и давлениях возможно деструктивное влияние на принимающие структуры, например резка металла.  
Перекачка по трубопроводу - наименее энтропийный способ транспортировки жидкости. 

То же самое относится к транспортировке газов. Наравне с гидроприводами существуют пневмоприводы.
Отсутствие даже ближнего порядка сильно снижает плотность газов.  С пользой это можно применять для буферизации колебаний давления.
Соотношение плотностей наглядно показывает измерение давления - вся атмосфера давит как столб в 10 метров воды или 0,76 м ртути.
Из-за небольшой массы импульс газа может действовать только на поверхность принимающей структуры (пыль сдувать).
Более полезно вводить в газовый поток другие фазы (пескоструйка и пульверизатор).
Контейнеры для газов могут быть только полностью закрытые, причем чем больше буферизуемая масса, тем больше давление и накладные расходы на создание и содержание контейнера, вплоть до подземных газохранилищ на сотни миллионов кубов.
В отличие от труднодоступных из-за глубины морских течений, атмосферные течения, попросту ветра, более доступны. 
Однако импульс воздушных масс очень мал, поэтому приходится содержать большую площадь принимающего импульс устройства (ветряка), что при негарантированной загрузке увеличивает накладные расходы на содержание приемника вплоть до обессмысливающих величин. Без адаптации при двухнедельном штиле не обойтись. 

P.S. Эта статья ограничивается описанием свойств массы в разных фазах в применении буферизации "сегодня". 
Разумеется, и сюда можно добавить еще примеров, но цель - не перечислить "как", а выработать взгляд - "почему так".