Энергетические противоречия в СЧМ

Согласно второму началу термодинамики вблизи положения равновесия система стремится к состоянию с максимальной энтропией. Энергия, заключенная внутри системы, старается вырваться наружу для разрешения этого противоречия. Причем, чем больше количество энергии, заключенной в системе, тем большей степени тяжести события следует ожидать в случае высвобождения этой энергии.

В работах были исследованы энергетические противоречия в СЧМ, которые приводят систему к катастрофе.

В качестве примера рассмотрен наиболее характерный вид взаимодействия человека и машины - типа “удар” (Рис.8)

Рис. 8. Энергетические противоречия в СЧМ

Машина – М (маневровый тепловоз) совершает возвратно-поступательные движения вдоль оси – х. Мгновенное положение машины в пространстве координаты х можно записать в виде

Х _м = х_m sinω t, (18)

где х_m – амплитуда возвратно-поступательного движения машины; ω- рабочая частота колебательного процесса машины.

Линейную скорость движения машины V_М можно найти из (4.1)

V_м = = х_m ω cos ωt. (19)

Отсюда можно найти кинетическую энергию машины

W_м = , (20)

где М – масса машины.

Человек - оператор – Ч, согласно технологического процесса, выполняет определенного вида действия вдоль оси х со скоростью V_ч.

Закон перемещения человека в пространственно временном континууме, полученный известным советским ученым В.В.Смоляниновым, можно записать в виде

х_ч t_ч = с, (21)

где х _ч - длина шага человека; t_ч - время переноса ноги человека; с = 0,67 – постоянная человека.

Из (21) можно найти линейную скорость движения человека в пространственно временном континууме

V_ч = = - . (22)

Отсюда кинетическую энергию человека при его перемещении вдоль координаты х можно записать

W_ч = ­­ , (23)

где m – масса человека.

При попадании человека и машины одновременно в одну и ту же точку пространства с координатами Х_ч=Х_м=Х, возникает взаимодействие типа “удар”. В момент “удара” человека и машины, в результате неупругого взаимодействия, кинетическая энергия машины W_м и кинетическая энергия человека W_ч переходят во внутреннюю энергию  W системы, (которая и причинит человеку определенную степень тяжести - S) и кинетическую энергию СЧМ - W_счм:

W_м + W_ч = W +W_cчм, (24)

где W = - внутренняя энергия системы тел человека и машины при неупругом взаимодействии;

W_cчм = - кинетическая энергия системы тел человека и машины.

Учитывая, что М >> m и V_м >> V_ч , кинетическую энергию СЧМ можно записать в виде

W _cчм = . (25)

Подставив значения W и (25) в (24) и сделав ряд преобразований получим

- х² + (-МmV_м ) х = 0. (26)

Умножим уравнение (26) на коэффициент получим

х⁴ - х² + ( ) х = 0. (27)

Введем коэффициенты и b = в уравнение (27).Получим модель энергетических противоречий в СЧМ, которая описывается уравнением катастрофы сборки

. (28)

Найдем первую и вторую производные потенциальной функции W

= x³ + ax + b = 0;(29)

= 3 х ² + а = 0. (30)

Из (30) можно получить сечение катастрофы сборки в плоскости (х, а)

а = - 3х². (31)

Подставив (31) в (29) получим сечение катастрофы сборки в плоскости (х, в)

в = 2х³ (32)

Решая совместно систему уравнений относительно х, получим сечение катастрофы сборки в плоскости (а,в), которое называется бифуркационным множеством

4 а ³+ 27 в ² = 0 (33)

Бифуркация означает двойственность потенциальной функции W. В этих точках пространства СЧМ ведет себя неустойчиво. Это противоречие разрешается путем катастрофического скачка энергии

, (34)

который и формирует степень тяжести S катастрофы

W  S. (35)

Чем больше запасенная энергия в системе, тем большей степени тяжести событие возможно в результате катастрофы.

Полученная модель позволяет сделать следующие выводы.

1. В любой СЧМ при V_М  0 управляющий параметр , следовательно, в энергетическом пространстве состояний СЧМ потенциально заложены катастрофические скачки – система принципиально неустойчива.

2. Степень тяжести несчастного случая пропорциональна величине катастрофического скачка  W  S.

3. Как показывает история, человеческая цивилизация движется по пути не только освоения новых видов энергии, но и их количественного увеличения. Что приводит к увеличению абсолютного значения параметра , а это в свою очередь к увеличению в будущем величины  W. Следовательно технократический путь развития человечества ведет к потенциальному возрастанию степень тяжести катастрофы.

Эти выводы подтверждают проведенные в работах исследования, которые показали, что между степенью тяжести несчастного случая и энергией W, заключенной в системе существует прямая пропорциональная зависимость

S = W, (36)

где S - степень тяжести несчастного случая, характеризующая количество дней нетрудоспособности, затраченных на восстановление здоровья человека; - коэффициент пропорциональности, характеризующий место приложения энергии к телу человека.

Число смертельных случаев, вызванных различными видами энергии, в расчетах на один гигаВатт, колеблется от 1 до 150 человек.