MENU
Главная » Статьи » Физика и математика » Мои статьи

Классики современной физики о явлении инерции.

 

Яндекс.Метрика

Классики современной физики о явлении инерции.

Инерция является неотъемлемым свойством движения физических тел, которое проявляется в их способности противодействовать любому изменению состояния движения или состояния покоя, которое является частным случаем движения. По определению Жуковского Н. Е. «Силой инерции называется сила, которая по величине равна произведению массы на полное ускорение, а направлена в сторону, противоположную полному ускорению» (см. фотокопию выше, «Теоретическая механика», издание второе, ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ ТЕХНИКО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ МОСКВА-ЛЕНИНГРАД 1952 г., §2 Сила инерции).

Таким образом, определение силы инерции у Жуковского по своему смыслу в точности соответствует определению силы противодействия, которая возникает при всяком силовом воздействии на материальное тело в соответствии с третьим законом Ньютона.

Далее Жуковский Н. Е. пишет: «Введение понятия о такой фиктивной силе  облегчает формулировку многих теорем динамики, особенно в вопросе об относительном движении и о движении несвободной материальной точки». То есть Жуковский относит силы инерции, вводимые в математическую модель ускоренного движения тел к фиктивным силам, которые не оказывают реального влияния на ускоренное движение материальных тел и вводятся в неинерциальных системах отсчета как математический прием только для облегчения формулировок теорем динамики.

В современной физике принято различать «обычные» силы, действующие на тело со стороны других тел в инерциальных системах отсчета и фиктивные силы инерции, возникающие в неинерциальных системах отсчета. А.Н. Матвеев в работе «Механика и теория относительности», 3-е издание, Москва, «ОНИКС 21 век», «Мир и образование», 2003 г. дает следующее определение «обычных» сил:

«В инерциальных системах отсчёта единственной причиной ускоренного движения тела являются силы, действующие на него со стороны других тел. Сила всегда есть результат взаимодействия материальных тел».

Силы, действующие на материальные тела со стороны других тел, Матвеев называет «обычными» силами. Однако в неинерциальных системах отсчета наблюдаются ускорения, которые не являются результатом действия на тела каких-либо сил со стороны других тел. По этому поводу Матвеев пишет:

«В неинерциальных системах можно ускорить тело простым изменением состояния движения системы отсчета. Рассмотрим, например, неинерциальную систему отсчета, связанную с автомобилем. При изменении скорости его относительно поверхности Земли в этой системе отсчета все небесные тела испытывают соответствующие ускорения. Ясно, что эти ускорения не являются результатом действия на небесные тела каких-либо сил со стороны других тел. Таким образом, в неинерциальных системах отсчета существуют ускорения, которые не связаны с силами такого же характера, какие известны в инерциальных системах отсчета. Благодаря этому первый закон Ньютона в них не имеет смысла. Третий закон Ньютона в отношении взаимодействия материальных тел, вообще говоря, выполняется. Однако, поскольку в неинерциальных системах отсчета ускорения тел вызываются не только «обычными» силами взаимодействия между материальными телами, проявления третьего закона Ньютона настолько искажаются, что он также утрачивает ясное физическое содержание».

Силы, которые проявляются в неинерциальной системе отсчета, в отличие от «обычных» сил Матвеев определяет как силы «особой природы». При этом Матвеев отмечает, что этот путь был выбран не им, а сложился исторически и предлагает свой альтернативный вариант:

«При построении теории движения в неинерциальных системах в принципе можно было бы идти по пути коренного изменения представлений, выработанных в инерциальных системах, а именно можно было бы принять, что ускорения тел вызываются не только силами, но и некоторыми другими факторами, которые ничего общего с силами не имеют. Однако исторически был выбран иной путь — эти другие факторы были признаны силами, которые находятся с ускорениями в таких же соотношениях, как и обычные силы. При этом предполагается, что в неинерциальных системах, так же как и инерциальных, ускорения вызываются только силами, но наряду с «обычными» силами взаимодействия существуют еще силы особой природы, называемые силами инерции».

 Таким образом, в современной физике в неинерциальных системах отсчёта наряду с «обычными» силами взаимодействия необходимо учитывать силы инерции, которые Матвеев увязывает с ускоренным движением неинерциальной системы отсчета относительно инерциальной.

«Существование сил инерции обусловливается ускорением движения неинерциальной системы отсчета относительно инерциальной. Силы инерции берутся такими, чтобы обеспечить в неинерциальной системе отсчета те ускорения, которые фактически имеются, но обычными силами взаимодействия объясняются лишь частично».

При этом Матвеев, так же как и Жуковский отмечает, что силы инерции, вводимые в неинерциальных системах отсчета в математической модели теории движения, являются фиктивными силами, т.е. реально несуществующими:

«Введение этих сил в уравнения движения, использование их при объяснении физических явлений и т. д. в неинерциальных системах координат является правильным и необходимым. Однако использование понятия сил инерции при анализе движений в инерциальных системах координат является ошибочным, поскольку в них эти силы отсутствуют».

С точки зрения современной физики, связав неинерциальную систему отсчёта с ускоренно движущимся телом можно, прибавив к нему силу инерции, получить условие равновесия для тела в неинерциальной системе отсчёта. В этом случае ускорение движения тела определяется, как ускорение неинерциальной системы отсчёта относительно инерциальной системы без учета сил инерции. Если же тело движется ещё и относительно неинерциальной системы отсчета, то задача значительно усложняется.

В этом случае абсолютное ускорение будет определяться как сумма относительного ускорения, полученного телом в неинерциальной системе в результате «обычных» взаимодействий и ускорения самой неинерциальной системы отсчёта  относительно инерциальной системы отсчета. Силы инерции обуславливают разность между относительным и абсолютным ускорением. При этом сила инерции (Fин) определяется выражением:

Fин = m * (а отн - аабсол)

Несмотря на то, что в современной физике существует четкое математическое выражение для сил инерции, их четкое физическое определение в современной физике отсутствует, что связано, по всей видимости, с явно завышенной ролью математического аппарата теории движения в  качественной оценке физического механизма образования сил взаимодействия вообще и силы инерции в частности. В результате сила инерции определяется в современной физике как минимум двойственно.

С одной стороны в математической модели ускоренного движения тел силы инерции считаются фиктивными, т.е. реально не существующими. С другой стороны существование сил инерции признается многими классиками и современными авторами, как объективная реальность. Вот что говорит Н. Е. Жуковский в упомянутой выше работе (стр. 281) о реальности сил инерции:

 «Являясь компонентом предполагаемой силы инерции, центробежная сила есть сила фиктивная; она должна быть присоединена к материальной точке, если мы хотим рассматривать вопрос о ее движении, как об относительном равновесии точки. Но в некоторых вопросах центробежная сила является и как некоторая действительная сила, — например, в вопросах об определении давления движущегося тела на препятствия, стесняющие его движение. Но в этом случае центробежная сила приложена не к материальной точке, а к тем телам, которые задерживают материальную точку на ее траектории»

Жуковский признает физическую реальность действия оказываемого силой инерции, однако в этом случае сила инерции превращается в «обычную» силу, которая приложена к телам, задерживающим движущееся тело на его траектории. Такое представление, на наш взгляд крайне противоречиво с физической точки зрения, т.к. вполне реальная «обычная» сила в этом случае является как бы прямым продолжением несуществующей фиктивной силы инерции.

А. Н. Матвеев  также высказывается за то, что с физической точки зрения силы инерции являются вполне реальными силами (стр. 393):

«О реальности существования сил инерции. Являются ли силы инерции реальными силами? Они реальны в том же смысле, в каком являются реальными ускорения в неинерциальных системах координат, для описания которых они введены. Они реальны также и в более глубоком смысле: при рассмотрении физических явлений в неинерциальных системах можно указать конкретные физические последствия действия сил инерции. Например, в вагоне поезда силы инерции могут привести к увечьям пассажиров, т. е. к весьма реальному и осязаемому результату. Поэтому силы инерции столь же реальны, как реален факт равномерного и прямолинейного движения тел в инерциальных системах координат, если отсутствуют «обычные» силы взаимодействия, как это формулируется в первом законе Ньютона».

Итак, для удобства математического описания ускоренного движения тел в современной физике в неинерциальных системах отсчета вводятся условные фиктивные силы инерции, которые в инерциальных системах отсчета отсутствуют. Однако системы отсчета это только инструменты для математического описания реальной действительности. Фиктивные силы инерции, вводимые в неинерциальных системах отсчета это по сути дела математическая модель реальных сил, порождаемых инерцией в инерциальных системах отсчета.

При переходе в инерциальную систему отсчета фиктивные силы инерции превращаются в «обычные» силы, приложенные к телам, препятствующим движению тел, связанных с неинерциальной системой отсчета. Поэтому большинство авторов наряду с фиктивностью сил инерции, как математической модели фиктивного движения тел в неинерциальной системе отсчета, отмечают физическую реальность действий, оказываемых этими силами при переходе в инерциальную систему отсчета.

Таким образом, в разных системах отсчета одни и те же силы могут быть как фиктивными, так и вполне реальными силами, что само по себе является довольно парадоксальным и свидетельствует о двойственном отношении к силам инерции в современной физике. Происходит по сути дела постоянная подмена понятий вполне реальной «обычной» силы, проявляющейся в инерциальной системе отсчета ее математической моделью – фиктивной силой инерции в неинерциальной системе отсчета и наоборот, что приводит к парадоксальному заключению о фиктивности сил инерции, существующему в современной физике.

Вполне реальное сопротивление изменению установившегося состояния движения или покоя физических тел, которое приводит к реальным физическим последствиям, обеспечивается в современной физике фиктивными, т.е. несуществующими силами инерции! Такая подмена понятий, наблюдающаяся практически у всех авторов, описывающих ускоренное движение материальных тел с позиции существующей теории движения. Приведем дословно цитаты некоторых  авторов, касающиеся силы инерции.

Н. Е. Жуковский («Теоретическая механика», издание второе, ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ ТЕХНИКО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ МОСКВА-ЛЕНИНГРАД,1952 г., стр. 281):

«Являясь компонентом предполагаемой силы инерции, центробежная сила есть сила фиктивная; она должна быть присоединена к материальной точке, если мы хотим рассматривать вопрос о ее движении, как об относительном равновесии точки. Но в некоторых вопросах центробежная сила является и как некоторая действительная сила, — например, в вопросах об определении давления движущегося тела на препятствия, стесняющие его движение. Но в этом случае центробежная сила приложена не к материальной точке, а к тем телам, которые задерживают материальную точку на ее траектории».

Эту цитату Жуковского мы уже приводил выше как подтверждение его мнения о том, что силы инерции являются реальными силами. Однако выражение  «в некоторых вопросах», которое Жуковский употребляет в отношении центробежной силы, уже само по себе не предполагает никакой определенности в отношении силы инерции. Цитата Жуковского одновременно может свидетельствовать как о реальности, так и о фиктивности силы инерции, т.е. налицо двойственное толкование силы инерции Жуковским.

Приведем еще одну цитату Жуковского из указанного выше первоисточника (стр. 281), которая является непосредственным продолжением предыдущей цитаты:

«Если, например, некоторый шар М (фиг. 232) движется по цилиндрическому своду, описывая круг, то на него действует сила Р давления свода, которая для шара есть центростремительная. Но по третьему закону динамики шар М сам давит на свод с такой же силой N, равной Р. Эта сила N для шара будет центробежной силой инерции, и можно сказать, что свод находится под действием этой силы».

В этой цитате  также прослеживается смешение математического и физического понятия о силе инерции. Выражение «…сила N для шара будет центробежной силой инерции…» точно так же как и выражение «…сила Р давления свода, которая для шара есть центростремительная.» даже чисто лингвистически может означать только одно, а именно - сила N и P действуют именно на шар.

С другой стороны из приведенной цитаты следует, что центробежная сила инерции N посредством шара воздействует еще и на свод «… и можно сказать, что свод находится под действием этой силы», т.е. сила инерции у Жуковского ассоциируется с силой противодействия в соответствии с третьим законом Ньютона.

Таким образом, в инерциальной системе отсчета фиктивная сила инерции у Жуковского превращается в реальную «обычную» силу по отношению к опорному телу, что противоречит понятию фиктивности сил инерции данному самим Жуковским и понятию сил «особой природы», данному Матвеевым.

 

Во-первых, силы «особой природы» по определению никак не связаны с обычными взаимодействиями, которые описываются вторым и третьим законом динамики.

А во-вторых, фиктивные силы вообще не могут иметь под собой никакой природы,  пусть даже «особой», поскольку это понятие абстрактно-математическое.

 

Попутно заметим, что с точки зрения классической физики при равномерном вращательном движении материальную точку именно на круговой траектории движения (вдоль таректории) ничто не должно задерживать, т.к. по круговой траектории тело движется равномерно с постоянной линейной скоростью, а радиальное движение в классической модели вращательного движения отсутствует.

В отсутствие же радиального движения не может быть и никакой «обычной» силы, противодействующей изменению отсутствующего движения, а, следовательно, не может быть и математической модели этой противодействующей силы в виде фиктивной силы инерции в неинерциальной системе координат.

Это противоречие классической модели вращательного движения, связанное с отсутствием радиального движения также не добавляет ясности в современное понимание физической природы силы инерции.

«Обычная» центростремительная сила не может уравновешиваться фиктивной силой инерции в неинерциальной системе координат, равно как  реальная сила не может быть фиктивной ни в одной из систем координат. Такое возможно только в абстрактной математической модели механических взаимодействий в современной физике.

Однако на основании абстрактных математических построений нельзя судить о физической природе явления инерции. Если силу,  приложенную к опорному телу в соответствии с третьим законом Ньютона, действительно можно отнести к силам инерции, как это часто делают классики теоретической механики (см. выше), то это вне всяких сомнений реальная сила.

Фиктивной является лишь ее математическая модель в неинерциальной системе отсчета, в которой опорное тело отсутствует, а ускоряемое тело движется под действием абстрактной  академической силы. В этом случае фиктивная или несуществующая сила инерции формально может быть приложена к ускоряемому телу только для записи условия равновесия ускоряемого тела в неинерциальной системе отсчета.

Таким образом, в современной теории движения применяется математическая модель физически реальных сил инерции, что облегчает формулировку теорем динамики, но вносит путаницу в понимание  физической природы формирования сил взаимодействия вообще и сил инерции в частности.

Инерция не может быть реальной только «в некоторых вопросах», если инерция реальна, то она реальна во всех ее проявлениях в физическом мире, а математические абстракции, сформулированные Даламбером, хотя и облегчают написание некоторых уравнений движения, не имеют никакого отношения к физической природе силы инерции.

Принцип Даламбера это только математический прием, который нельзя рассматривать как свидетельство фиктивности реальной силы, которая возникает вследствие инерционного сопротивления физических тел изменению состояния их движения (покоя). Вопрос может состоять только в том, что современной физике неизвестна природа этого сопротивления. Вполне возможно, что это сопротивление связано с истинными силами инерции, т.е. с силами, которые воздействуют на ускоряемое тело со стороны мировой материальной среды в процессе взаимодействия физических тел.

Приведем высказывания Зоммерфельда по вопросам явления инерции. А. Зоммерфельд. Механика. Москва. Ижевск. 2001, стр. 82.:                                                                                                                    

«Мы вводим ее (силу инерции – авт.) для того, чтобы свести вопросы движения к вопросам равновесия, что часто оказывается очень удобным. Силы инерции хорошо известны нам из повседневной жизни. Приводя в движение тяжелую вертящуюся дверь, мы преодолеваем не силу тяжести или трение, а инерцию двери. Самой известной формой силы инерции является центробежная сила, проявляющаяся при всяком криволинейном движении. Она также является фиктивной силой. …Впрочем, «фиктивная» центробежная сила проявляется весьма реально, например, в железнодорожном движении. Превышение наружного рельса над внутренним на криволинейном участке пути подбирается всегда так, чтобы при средней скорости поезда равнодействующая силы тяжести и центробежной силы проходила как раз посредине между обоими рельсами. Этим устраняется не только опасность опрокидывания, но также и вредная односторонняя нагрузка одного из рельсов».

В этой цитате из работы Зоммерфельда опять же прослеживается двойственность понятия силы инерции. С одной стороны сила инерции, которая в неинерциальной системе действует непосредственно на поезд, является фиктивной силой. Однако с другой стороны в инерциальной системе отсчета, т.е. в реальном физическом мире эта же сила, которая в неинерциальной системе отсчета вовсе и не существует, приводит к реальному износу рельсов.

Причем смешение понятий идет на совершенно недопустимом с физической точки зрения уровне: «фиктивная» центробежная сила проявляется, весьма реально…». Как может «фиктивная» сила проявляться реально?! Мало кто обратит внимание на кавычки, в которых заключено прилагательное фиктивная, тем более что несколько раньше в этой же цитате прилагательное фиктивная по отношению к центробежной силе употребляется без кавычек.

Наверное, ученым следует выражаться яснее, в науке ребусов хватает и без словесной неразберихи, если, конечно же, у них у самих такая ясность присутствует, в чем, по крайней мере, в отношении силы инерции иногда приходится сомневаться.

Интересна полемика Зоммерфельда на страницах его «Механики» с Генрихом Герцем (стр. 82, 83):

«Удивительно, что Генрих Герц в прекрасном введении к своей «Механике» возражает против пользования понятием центробежной силы: «Мы вращаем по кругу камень на веревке; при этом мы ощутимо воздействуем на камень с некоторой силой. Эта сила непрерывно отклоняет камень от прямого пути; если мы изменяем эту силу, массу камня и длину веревки, то обнаруживаем, что движение камня действительно происходит в согласии со вторым законом Ньютона. Однако третий закон требует наличия силы, противодействующей той силе, которая передается нашей рукой камню. Ответ на вопрос об этой силе противодействия общеизвестен: говорят, что камень производит обратное действие на руку вследствие центробежной силы и что эта центробежная сила действительно точно равна, но противоположна по направлению силе нашего воздействия. Допустим ли этот способ выражения? Будет ли то, что мы теперь называем центробежной силой, чем-либо иным, чем инерция камня?». Зоммерфельд: «На этот вопрос мы должны категорически ответить «нет»: согласно нашему определению (10.3), центробежная сила действительно есть то же самое, что и инерция камня. Но силой, противодействующей силе, с которой мы действуем на камень, или, точнее говоря, на веревку, является тянущее усилие, которое оказывает веревка на нашу руку».

Далее Герц пишет: «Нам не остается ничего иного, как заявить: центробежная сила не является силой в собственном смысле этого слова; этот термин так же, как термин «живая сила», имеет историческое происхождение, и сохранение его можно скорее извинить соображениями полезности, чем оправдать».

Зоммерфельд: «По поводу этого замечания Герца мы хотели бы сказать, что термин «центробежная сила» не нуждается ни в каком оправдании, так как он так же, как и более общий термин «сила инерции», основан на ясном определении. Впрочем, как раз эта мнимая неясность понятия силы побудила Герца построить его «Механику», освобожденную от этого понятия, которая хотя и очень интересна, но мало плодотворна».

В этой полемике Зоммерфельд противоречит сам себе. Реально руке противодействует вовсе не веревка, а камень, о чем говорит сам Зоммерфельд - «центробежная сила есть инерция камня». Источник силы, воздействующий на руку, неразрывно связан именно с камнем, а не с веревкой. Веревка только передает взаимодействие от камня к руке, т.е. является по сути дела лишь передаточным звеном - пассивной механической связью руки с камнем, которую теоретически можно рассматривать только как некое абстрактное устройство передачи усилия не имеющее собственной массы.

Действительно, масса веревки не только теоретически, но и в реальности может быть бесконечно мала по сравнению с массой камня, поэтому совершенно необъяснимо, как она может воздействовать на руку с тянущим усилием, не имея, ни массы, ни соответственно инерции. Без массы не может быть и силы инерции независимо от того фиктивная она или реальная.

Однако если невесомая веревка все-таки воздействует с тянущим усилием на руку, значит, она сама испытывает воздействие со стороны камня, следовательно, на камень в соответствии с третьим законом Ньютона тоже должна воздействовать вовсе не фиктивная сила. Как эту силу называть, и какова ее природа это уже другой вопрос. Физически это вполне реальная сила, но в классической физике она считается фиктивной центробежной силой инерции.

Утверждая, что на руку воздействует невесомая веревка, Зоммерфельд фактически продляет геометрию камня до руки, т.е. заменяет систему тел камень-веревка на единое эквивалентное тело, непосредственно соприкасающееся с рукой. С таким же успехом можно «продлить» геометрию руки до камня, присовокупив веревку к руке или просто взяв камень непосредственно в руку, и таким образом вовсе исключив промежуточное звено – веревку.

Если в отсутствии веревки исключить камень, как силу, противодействующую руке, то рука вместо веревки должна воздействовать с тянущим усилием на саму себя, противодействуя собственному же центростремительному воздействию на камень. Однако если нет противодействия камня центростремительной силе руки, - значит, в соответствии с третьим законом Ньютона противодействовать нечему, т.е. нет и воздействующей силы руки на камень.

Если центробежная и центростремительная силы компенсируют друг друга внутри руки, то камень не должен вообще испытывать никакого воздействия. Но тогда камень должен двигаться по окружности фактически по «щучьему велению», т.к. в соответствии с первым законом Ньютона в условиях равновесия сил, эквивалентного отсутствию неуравновешенных сил, камень должен двигаться равномерно и прямолинейно.

При отсутствии веревки с классической точки зрения можно конечно утверждать, что тянущее усилие осуществляет рука, опять же исключая камень. Но тогда в цепочку взаимодействия необходимо вводить дополнительное тело, осуществляющее центростремительное усилие. Это может быть, например плечо или туловище. И так, казалось бы, можно сдвигать цепочку взаимодействия в сторону источника силы до бесконечности, каждый раз, исключая промежуточное передаточное звено: веревку, руку, плечо, туловище и принимая за источник центростремительного усилия следующее в цепочке взаимодействия тело.

Однако цепочка взаимодействий не может быть бесконечной. После исключения туловища источником центростремительной силы может быть только диаметрально противоположное вращающееся тело. Таким образом, источником центростремительной силы фактически является сила инерции, которая приложена к диаметрально вращающимся телам в разных диаметрально противоположных направлениях. Следовательно, либо реальной является сила инерции, порождающая реальную центростремительную силу упругости, либо силу упругости, порождаемую фиктивной силой инерции, также следует считать фиктивной!

Все эти алогизмы, на наш взгляд, происходят только из-за того, что в современной физике нет полной определенности в отношении физической реальности силы инерции. Причиной инерционного воздействия на руку, безусловно, является камень. С этим соглашаются все классики теоретической механики.

Однако по не совсем понятным причинам с точки зрения современной физики сила инерции для камня является фиктивной. Такая логика по сути дела означает, что если кусок масла соприкасается с хлебом, то на куске хлеба масло вне всяких сомнений является маслом, но в самом куске масла это же самое масло, в соответствии с логикой, применяемой в отношении силы инерции, является фиктивным, т.е. не существующим! В масле – нет масла, в камне нет камня?!

В соответствии с этой логикой сила инерции камня, минуя сам камень, может воздействовать только сразу на веревку или непосредственно на руку, что вообще противоречит всякой логике и третьему закону Ньютона. Таким образом, ни о какой ясности в определении явления инерции в классической физике, в том числе и в определении самого Зоммерфельда говорить не приходится.

Далее видимо для «лучшего» уяснения четкого представления о силе инерции, основанного на «ясном определении» Зоммерфельд предлагает в своей «Механике» следующую задачу (Задача 3 к главе II):

«II.3. Центробежная сила при увеличенной скорости вращения Земли.

С какой скоростью должна вращаться Земля (тело на уровне её поверхности) для того, чтобы на экваторе сила тяжести и центробежная сила взаимно уничтожались? Какова была бы при этом продолжительность суток?»

Известно, что сила тяжести это сила, с которой Земля притягивает к себе тела, находящиеся в сфере действия ее поля тяготения. Совершенно очевидно, что сила тяжести действует на само тело, лежащее на поверхности Земли. Если тело лежит на опоре, то оно не будет двигаться радиально к центру Земли под действием силы тяготения, т.к. она компенсируется силой противодействия опоры. Для того же чтобы тело не двигалось к центру Земли и не оказывало давление на её поверхность вследствие соответствующего вращения Земли, оно должно вместо реакции опоры испытывать воздействие какой-то другой силы, которая в данном случае должна заменить силу реакции опоры.

Однако никакой другой силы, действующей на тело, в отсутствии опоры, кроме центробежной силы инерции в рассматриваемом случае нет. Следовательно, сила инерции тела должна реально воздействовать на само тело, т.е. должна быть приложена непосредственно к самому телу вместо реальной силы реакции опоры, что непосредственно следует и из вопроса, поставленного в задаче (выделено жирным шрифтом). Ведь «обычная» сила тяготения не может взаимно уничтожиться во взаимодействии с «фиктивной» центробежной силой инерции.

Г. С. Ландсберг. «Элементарный учебник физики», Том 1, ФИЗМАТЛИТ. 2004, стр. 267:

«Вследствие вращения Земли на ней также должна наблюдаться центробежная сила инерции (которой мы до сих пор пренебрегали). В § 133 мы нашли, что центростремительное ускорение на экваторе равно 0,034 м/с2. Это составляет примерно 1/300 часть ускорения свободного падения g. Значит, на тело массы т, находящееся на экваторе, действует центробежная сила инерции, равная mg/ЗОО и направленная от центра, т. е. по вертикали вверх. Эта сила уменьшает вес тела по сравнению с силой притяжения Земли на 1/300 часть».

Как и в задаче Зоммерфельда, приведенной выше, для уменьшения силы тяготения, действующей на тело центробежная сила инерции должна действовать именно на то же самое тело, на которое действует и сила тяготения. Однако если у Зоммерфельда об этом открыто не говорится, хотя однозначно вытекает из логики  физических взаимодействий, то у Ландсберга об этом сказано открытым текстом: «Значит, на тело массы т, находящееся на экваторе, действует центробежная сила инерции…».

Можно конечно сослаться на то, что речь идет о неинерциальной системе отсчета и центробежная сила в данном случае является фиктивной. Но как фиктивная сила может реально уменьшить вес тела, в какой бы то ни было системе?! Видимо только реально компенсируя силу тяготения, которая приложена непосредственно к телу по всему его объёму, т.е. в этом случае реальная сила инерции так же должна быть приложена к силе тяготения по всему объёму тела.

Это означает, что именно к телу, т.к. силы не могут взаимодействовать между собой непосредственно в отсутствие тел! Во всяком случае, ни сила тяготения, ни сила инерции без объекта взаимодействия просто не возникнут. Для силы тяготения ответным объектом взаимодействия, безусловно, является вращающееся тело. Следовательно, это же тело должно являться ответным объектом и для силы инерции. И в этом нет ничего парадоксального, если допустить, что на тело действуют истинные силы инерции со стороны мировой материальной среды.

Однако классическая физика отрицает такую возможность. Выше в § 119, стр. 230 Ландсберг утверждает:

«Следовательно, шарик действует на нить с силой, также равной mV2/r, но направленной от центра. Эта сила приложена к нити не к шарику), и поэтому мы не принимали ее во внимание, когда рассматривали движение шарика».

Но нить-то рассматривается именно в связи с тем, что она имеет непосредственную связь с шариком, т.е. воздействие на нить одновременно является и воздействием на шарик. Иначе  нам не было бы никакого дела до абстрактной практически невесомой нити. Хорошо когда есть явная механическая связь между взаимодействующими телами в виде нити или любого другого физического тела. А как быть, когда вместо нити движение тела по окружности происходит под действием силы тяготения?

Неужели же в этом случае следуя логике классической физики, мы должны считать, что сила инерции в инерциальной системе координат приложена непосредственно к силе тяготения, как к связующему физическому телу при механически связанном вращении?!

Однако для этого современная физика как минимум должна признать мировую материальную среду, т.к. тяготение не может осуществляться через вакуум (поле может быть только материальным). Кроме того, если допустить, что тяготение осуществляется через материальную среду, то для его нейтрализации сила инерции опять же должна реально воздействовать на элементы материальной среды, посредством которых осуществляется тяготение, в конечном итоге через само движущееся по окружности тело.

Механическая связь это, только канал, по которому осуществляется взаимодействие пространственно разделенных между собой тел. Суть взаимодействия, надо полагать, состоит именно в обмене энергии между самими взаимодействующими материальными телами. При этом  не столь важно происходит ли это взаимодействие через какое-либо промежуточное звено в виде физического тела или при непосредственном контакте взаимодействующих тел.

Промежуточное звено одинаково принадлежит каждому из взаимодействующих тел, являясь по сути дела частью общей области упругой деформации распределенной в пространстве между взаимодействующими телами. Взаимодействие между материальными телами может также осуществляться и через какую-либо материальную среду, как, например, в рассматриваемом случае, т.к. поле тяготения не может передаваться в отсутствие материальной среды.

Но если материальная среда заставляет двигаться взаимодействующие тела навстречу друг другу, следовательно, она реально воздействует на каждое тело, противодействуя реальным факторам, препятствующим этому воздействию. Таким реальным фактором и является центробежная сила инерции, реально воздействующая на вращающееся тело, противодействуя реальной силе тяготения Земли или реальной силе упругости связующего физического тела при механически связанном вращении.

Р. Фейман, Р.Лейтон, М.Сэндс, ФЕЙНМАНОВСКИЕ ЛЕКЦИИ ПО ФИЗИКЕ, 2. ПРОСТРАНСТВО. ВРЕМЯ. ДВИЖЕНИЕ, стр. 78,79

«Когда мы держим гантели горизонтально, то никакой работы не производим. Выпрямляя руки в стороны и сгибая их, мы тоже не можем произвести никакой работы. Это, однако, верно только, пока нет никакого вращения! При вращении же на гантели действует центробежная сила. Они стремятся вырваться из наших рук, так что, сгибая во время вращения руки, мы преодолеваем противодействие центробежной силы. Работа, которая на это затрачивается, и составляет разницу в кинетических энергиях вращения. Вот откуда берется этот добавок».

С позиции современной физики в инерциальной системе отсчета сила инерции действует на само тело, но в то же время в неинерциальной системе отсчета сила инерции является фиктивной, т.е. несуществующей силой. Однако как может фиктивная несуществующая сила стремиться вырвать из наших рук гантели, и какая работа может совершаться при преодолении несуществующей фиктивной силы?! 

Таким образом, опять налицо смешение физического и математического понятия силы инерции, что свидетельствует, на наш взгляд, скорее об отсутствии ясного определения силы инерции в современной физике, чем о его наличии, а значит, наверное, и об отсутствии ясного понимания явления инерции.

Все становится на свои места естественным образом, если фиктивную силу инерции в неинерциальной системе отсчета считать лишь абстрактной математической моделью реальной силы, действующей на  физические тела в инерциальной системе координат. Однако в этом случае все «обычные» силы, так или иначе, следует связывать с силами инерции, которые по этой причине не могут быть фиктивными.

Можно привести еще множество примеров двойственного подхода к понятию силы инерции и до бесконечности спорить, о какой системе отсчета идет речь и является ли сила инерции фиктивной или реальной в каждом конкретном случае. Однако однозначный ответ о природе сил инерции у классиков теоретической механики найти вряд ли удастся.

Подробнее см. Астахов А. А., "Физика движения", глава 1,1

Категория: Мои статьи | Добавил: aaa2158 (12.11.2015)
Просмотров: 403 | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
avatar