MENU
Главная » Статьи » Физика и математика » Мои статьи

Профессор Гулиа против сил инерции

 

Яндекс.Метрика

Профессор Гулиа в «Удивительной физике» в главе «Инерция: сила или бессилие?», негодуя по поводу довольно часто встречающегося даже в науке мнения о том, что сила инерции является реальной силой, относит любые проявления таких мнений к несуразным казусам, и приводит пример одного из таких, по его мнению казусов:

«Но и при обычном прямолинейном движении таких казусов сколько угодно, и свидетелем одного из них был автор. Дело происходило на защите кандидатской диссертации по теории автомобиля. Молодой диссертант делал доклад по работе, пользуясь формулами, написанными на плакатах. Естественно, диссертант воспользовался принципом Даламбера, по-видимому, даже не подозревая об этом. И уравнение тягового баланса ускоряющегося автомобиля он записал в том виде, как это делается и в большинстве учебников:

Рk (сила тяги) = Рf (сила сопротивления качению) + РV (сила сопротивления воздуха) + Рj (сила инерции).

Шутник – член Ученого Совета – спрашивает диссертанта:

– Вот у вас сила тяги равна сумме всех сопротивлений. Стало быть, автомобиль находится в равновесии, он неподвижен. Почему же вы говорите, что машина разгоняется?

Диссертант долго думал, а потом не нашел ничего лучшего, как сказать:

– Это только теоретически – в равновесии. А на самом деле сила тяги чуть-чуть больше сопротивления, вот он и движется!

Хохот был такой, что проснулись даже обычно спящие члены Совета. А правильный ответ должен быть таким:

– Сила инерции фиктивная, несуществующая. Она добавлена согласно принципу Даламбера для облегчения решения задачи (рис. 44). И вся разница между силой тяги и силами сопротивлений идет на разгон автомобиля, вот он и ускоряется! Но разве виноват диссертант, что он учился по учебникам, где все те же ошибки. Не понимают многие инженеры принцип Даламбера, вот и «оживают» несуществующие силы инерции!»

 Хорошо хоть Гулиа сам признал, что силу инерции считают физически реальной не только неграмотные изобретатели инерцоидов и другие неграмотные люди, которые не читали учебников. Оказывается «все те же ошибки» можно почерпнуть и из самих учебников, как говорит сам Гулиа. Надеемся, что после этого автора не будут обвинять в голословности, по поводу его мнения о том, что в современной физике существует-таки двойственное понятие силы инерции и в том, что, заявляя об этом, он якобы просто не правильно истолковывает работы классиков теоретической механики: «Каждый видит в книге свою фигу». В этом автора обвинили на известном физическом форуме МГУ.

Однако оказывается, современный нам и достаточно известный в мире науки профессор классической механики тоже признает, что в учебниках по этому поводу нет исчерпывающей ясности. Правда сам Гулиа двойственность понятия инерции категорически отрицает и никак не хочет признать, что в реальной действительности все-таки «оживают» несуществующие силы инерции», а точнее сказать живут в ней постоянно с самого сотворения нашего мира, если, конечно же, таковое когда-либо было. Гулиа никак не может понять, что абсолютно все силы в природе возникают исключительно только, благодаря явлению инерции. Ведь свойство материи преобразование напряжение-движение это и есть инерция, которая в современной физике воспринимается, как противодействие движению при его возникновении и противодействие самого движения его торможению.

Тем не менее, в соответствии с врождённым свойством материи преобразованием напряжение-движение и принципом Даламбера силы инерции действительно не препятствуют движению. Просто в процессе взаимодействия сила естественным образом превращается (преобразуется) в движение. При этом сила не может мгновенно разогнать тело до бесконечной скорости не потому, что со стороны тела ей что-то реально физически препятствует, а просто потому что, превращаясь в движение, сила уменьшается на ту свою часть, которая уже стала движением. При этом для того, чтобы сообщить телу дополнительное движение требуется и дополнительная сила, что и воспринимается нами, как реальное противодействие вновь образующемуся движению. При торможении движения всё происходит наоборот. Движение тормозящего тела, превращаясь в силу, расходуется (замедляется). При этом для продолжения торможения ещё не погашенного движения приходится непрерывно восполнять тормозящую силу новым тормозящим движением, что воспринимается нами как эффект препятствования торможению.

Это, что касается врождённого свойства материи - инерции, основанном на свойстве материи - преобразовании движение-напряжение. Однако помимо этого эффект инерционности усиливает инерция поэлементной поддержки, которая так же препятствует, как разгону, так и торможению. Первыми при разгоне приходят в движение ближайшие к точке приложения напряжения элементы тела. При этом последующие ещё неподвижные элементы отнимают движение у первых элементов, что создаёт эффект препятствования разгону. В процессе остановки движения так же первыми останавливаются ближайшие к точке приложения тормозящего напряжения элементы тела. Однако последующие ещё не остановленные элементы вновь сообщают движение первым остановленным элементам. Возникает эффект инерционной поддержки движения. Причём это вовсе не повод для смеха Учёного Совета, т.к. силы инерции поэлементной поддержки действия разгона и торможения столь же реальны, как «обычные» силы взаимодействия тел.

В отличие от врождённой инерции, силы инерции поэлементной поддержки действия разгона и торможения реально физически препятствуют движению или поддерживают его, т.к. они не просто участвуют в без затратном процессе преобразования напряжение-движение, но и рассеивают энергию этого преобразования. К реальным физическим силам, рассеивающим энергию взаимодействия, относятся так же силы инерции, вызванные сопротивлением мировой материальной среды. Это ещё один вид инерции. Однако все виды даже затратной инерции основаны на врождённой инерции материи в виде её свойства преобразование напряжение-движение. Для преодоления реальных сил противодействия в виде сил инерции поэлементной поддержки и сил прямого сопротивления мировой материальной среды, как раз и необходимо реальное превышение сил действия над силами противодействия.

Как показано выше (см. начало гл. 1.2), силы сопротивления среды играют количественно преобладающую роль в видимом эффекте явления инерции. Однако полное взаимодействие тел завершается в мировой среде открытого пространства далеко за пределами взаимодействующих физических тел. Но современная физика не признаёт мировую среду и соответственно её сопротивление. Следовательно, она не может знать, что без учёта сопротивления среды полному взаимодействующему веществу третий закон Ньютона не выполняется. Поэтому, перефразируя диссертанта, можно сказать, что на уровне физических тел, т.е. без учёта мировой материальной среды, третий закон Ньютона «выполняется» только теоретически. «А на самом деле (с учётом среды – авт.) сила тяги чуть-чуть больше сопротивления, вот он и движется!

Без превышения сил действия над силами противодействия в условиях внешней среды никакое движение невозможно в принципе, точно так же, как оно не возможно без превышения сил тяги над силами трения и внешнего сопротивления воздуха и т.д. Поэтому при наличии вполне реального инерционного противодействия среды автомобиль может двигаться в своём направлении только в том случае, если его движущая сила (сила тяги) не только больше трения и сопротивления ветра, но и больше инерционного сопротивления среды. Поэтому раз уж автомобиль движется ускоренно, то «сила тяги…» действительно «…чуть-чуть больше сопротивления, вот он и движется».

Таким образом, ответ диссертанта, пусть неосознанный и интуитивный, гораздо ближе к истине, чем мнение Ученого Совета, основанное на «голой» математике Даламбера. Так что, скорее всего, уважаемые члены Совета в конечном итоге смеялись и до сих пор смеются над самими собой. А вот ответ Гулиа, заключающийся в том, что сил инерции в природе физически не существует, является абсолютным казусом. Его «Удивительная физика» воистину удивительная и необъяснимая!

***

Есть ещё один пример неправильной интерпретации явления инерции профессором Гулиа Н. В.

Будучи ярым противником реальности сил инерции, профессор Гулиа в «Удивительной физике» в главе «Кто стоял на плечах гигантов?» пишет:

 «По прекрасному ровному шоссе едет автомобиль с выключенным двигателем (как говорят, «накатом»), медленно сбавляя скорость. И ревя двигателем от натуги, бульдозер тащит перед собой целую гору песка, но движется равномерно и по прямой, хотя и медленно (рис. 26). Которое из этих движений можно назвать движением по инерции? Да конечно, второе, хотя так и хочется указать на первое. Самое главное, что тело движется равномерно и прямолинейно. Все, этого уже достаточно, больше ничего и не нужно. Автомобиль в первом примере хоть и медленно, но замедляется. Следовательно, силы, действующие на него, не скомпенсированы: сопротивление есть, а силы тяги – нет. А на бульдозер действует много тел, каждое со своей силой, но все силы скомпенсированы, их равнодействующая равна нулю. Вот почему он и продолжает двигаться равномерно и прямолинейно, то есть по инерции. 

 

Рис. 26. Движение автомобиля накатом и загруженного бульдозера»

Именно этот пример привел Гулиа, делая свое уточнение к классической формулировке первого закона Ньютона (см. выше). Однако:

 

Во-первых, не бульдозер движется равномерно и прямолинейно, а система тел «бульдозер – гора песка», поэтому заострять внимание на множестве абстрактных сил, действующих на бульдозер при равномерном движении всей системы «бульдозер - гора песка» физически не корректно. Если внутри системы все силы скомпенсированы, то для движения системы в целом они фиктивные, т.е. на систему «бульдозер – гора песка» не действуют никакие силы. Это ближе к определению Ньютона, чем представления Гулиа.

А во-вторых, о причастности первого закона Ньютона к движению по инерции в отсутствие мировой материальной среды мы уже говорили выше. «Ничто» не может являться смыслом или основой «чего-то». То есть движение при полном отсутствии сил не может быть физически отнесено к движению под действием сил инерции, т.к. силы инерции в таком случае так же являются ничем, т.е. никак себя не проявляют. Такое движение, как мы отмечали выше, в лучшем случае происходит под «охраной» сил инерции, возникающих только при нарушении равномерного движения в соответствии со вторым законом Ньютона (см. гл. 1.1).

 

С точки зрения существующей теории движения система «бульдозер-гора песка» движется под действием абстрактной академической силы тяги, поэтому формирование силы тяги бульдозера за счет его взаимодействия с Землей за счёт врождённого свойства материи инерции в существующей математической модели движения не рассматривается. Для современной теории движения достаточно того, что просто есть абстрактная назначенная сила тяги. То же самое можно сказать и о силе сопротивления движению системы «бульдозер-гора песка». В существующей математической модели движения она также никак не связана с инерцией Земли. Это просто абстрактная сила сопротивления, образующаяся за счет сил трения с абстрактной дорогой.

Вот и получается, что в классической физике абстрактной силе тяги противодействует такая же абстрактная сила трения. Однако когда две академические абстрактные силы уравновешивают друг друга, как, например сила тяги и сила трения, то собственно нет никакого смысла их и вводить, рассматривая такое движение. Именно так и поступает Гулиа, определяя движение бульдозера, как движение по инерции. Действительно, с академической точки зрения всё достаточно просто. Однако в реальной действительности без истинных сил инерции не может возникнуть, ни сила тяги бульдозера, ни сила трения горы песка (трением самого бульдозера по сравнению с горой пренебрежём). При этом противоположно направленные сила тяги и сила трения уравновешивают друг друга не в каждый момент времени.

Опорным телом для движения системы бульдозера является Земля, с которой он взаимодействует посредством контакта с дорогой. Через силу тяги, бульдозер фактически периодически подключает к взаимодействию массу всей Земли. Это позволяет ему получить во взаимодействии с Землёй силу тяги и ускорение, необходимые для преодоления сопротивления массы горы песка и её трения с Землёй. Однако при разгоне системы трение горы песка увеличивается, т.е. она со своей стороны так же подключает к взаимодействию дополнительную массу Земли, хотя и в меньшей степени, чем бульдозер. При этом скорость системы падает, а затем, поскольку это приводит к уменьшению трения, вновь возрастает под действием силы тяги бульдозера.

Таким образом, за счет силы тяги бульдозера, взаимодействующие стороны: подсистема «бульдозер - гора песка» и Земля периодически разгоняются, а за счет дополнительного сцепления горы песка с Землёй, возрастающего при ускорении, и подключения дополнительной инерционной массы Земли в обратном направлении вновь тормозятся. Это и есть отрицательная обратная связь, без которой никакое регулирование, в том числе и равномерного движения в присутствии реальных сил не возможно.

Такое регулируемое движение вряд ли можно считать равномерным движением в отсутствие сил. Оно равномерное в среднем, и силы в нём отсутствуют так же только в среднем. Так что ответ на вопрос о том, какое из движений в приведенном примере является движением по инерции, не так прост, как это предлагает считать профессор Гулиа, который утверждает, что для этого достаточно только факта равномерного и прямолинейного движения: «…Самое главное, что тело движется равномерно и прямолинейно. Все, этого уже достаточно, больше ничего и не нужно…».

Неравновесное движение автомобиля «с выключенным двигателем» отличается от движения подсистемы «бульдозер – гора песка» с работающим двигателем только односторонним и постоянным подключением дополнительной массы Земли к автомобилю с выключенным двигателем.  Тяга же бульдозера делает этот процесс регулируемым за счёт двустороннего подключения массы Земли. Однако регулируемое равновесие это всегда усреднённое, т.е. периодически нарушаемое равновесие.

Из этого следует, что ни одно из движений в приведённом примере, строго говоря, не является движением по инерции в его традиционном понимании, т.е. при полном отсутствии неуравновешенных сил. Только абстрактная сила тяги и сила сопротивления могут полностью абстрактно компенсировать друг друга в каждый момент времени, что равносильно их полному отсутствию. Однако в реальной действительности абстрактных сил нет, а равновесие реальных сил не может быть идеальным, т.к. оно регулируется только в процессе взаимодействия.

А вот если под движением по инерции понимать движение под действием сил инерции, которые, как показано выше лежат в основе любых сил взаимодействия, то и в том и в другом случае действительно происходит движение по инерции. Благодаря силам инерции возможна сила тяги бульдозера, обеспечивающая в среднем равномерное движение в условиях двустороннего «подключения» дополнительной инерции Земли, и благодаря силам инерции в условиях одностороннего «подключения» дополнительной инерции Земли замедляется движение автомобиля с выключенным двигателем.

В этом смысле в каждом из этих случаев происходит движение по инерции, т.е. под воздействием сил инерционного происхождения. Причем не условно математически, как движение в соответствии с первым законом Ньютона, которое вопреки придиркам Гулиа к Ньютону фактически осуществляется в отсутствие сил, а за счет физически реальных сил инерции, возникающих в соответствии с врождённым свойством материи преобразованием напряжение-движение и за счёт внешнего сопротивления мировой материальной среды. Однако в этом случае законом инерции следует считать не первый, а второй закон Ньютона.

Таким образом, в бытовом понимании движения по инерции, которое подразумевает реальные силы, противодействия изменению состояния движения, скорее всего, заключена народная мудрость, которая предполагает реальное преодоление сил сопротивления движению за счет «обычных» поддерживающих сил инерции накопленного движения или аналогичного сопротивления начинающемуся движению. А вот движение по инерции в отсутствие каких-либо сил осуществляется только для того, кто не прислушивается к народной мудрости и судит о явлениях природы только по академическим законам и математическим формулам.

***

Природа сил инерции в современной физике не установлена, поэтому реальность силы инерции не может противоречить современной физике в принципе. Единственным критерием реальности силы инерции может служить только ее соответствие фундаментальным законам природы, которым, как показано выше, явление инерции полностью соответствует. Более того инерция непосредственно обусловлена фундаментальными законами природы, как собственно и законы природы обусловлены инерцией.

Врождённое элементарное свойство материи преобразование напряжение-движение не может быть пока объяснено современной физикой именно потому, что оно элементарное и в физике нет ничего боле элементарного, что можно положить в структуру этого свойства. Однако отрицание мировой материальной среды, сопротивление которой, так же определяет явление инерции, причем, по-видимому, количественно в значительно большей степени, чем врождённое свойство материи преобразование напряжение-движение, приводит к полному абсурду в классической физике, который заключается в следующем.

Современная физика утверждает, что сила инерции всегда приложена только к опорному телу, т.е.  источнику активного движения или к ускоряющему телу. Однако это все равно, что сопротивление изменению состояния движения ускоряемого тела со стороны среды оказывается не ему, а непосредственно источнику силы, минуя само ускоряемое тело. Это равносильно тому, что ускоряется одно тело, а сопротивление его ускорению оказывается совсем другому телу – источнику силы! Такое толкование природы взаимодействий противоречит даже общепризнанным на сегодняшний день законам физики и в частности третьему закону Ньютона.

Ни одно физическое тело не может воздействовать на другое тело, не испытывая, как минимум такого же силового противодействия на себе. Поэтому даже если источник противодействия изменению состояния движения физических тел на сегодняшний день наукой не установлен, это противодействие в соответствии с той же самой наукой в первую очередь должно оказываться именно ускоряемому телу, а уже через него противодействие может быть передано опорному телу. Это справедливо для взаимодействия тел даже в отсутствие мировой материальной среды. Может быть, именно в этом смысле следует понимать слова Ньютона о том, что инерция это «врожденная сила материи».

По мнению В. А. Ацюковского («Общая эфиродинамика», МОСКВА, ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1990) все мировое пространство и промежутки между элементарными частицами любого вещества заполняет мировая материальная среда – эфир, которая представляет собой сильно разреженный реальный газ. Мельчайшие частицы этого газа – амеры и являются первокирпичиками материи, т.е., по-видимому, и элементарными носителями массы. По Ацюковскому силы гравитации определяются термодиффузионными процессами в эфире, основанными на теплообмене массы вещества с окружающим эфиром.

Эфир в составе вещества является более холодным по сравнению со свободным эфиром. Он охлаждает свободный эфир между тяготеющими телами, в то время как с внешней стороны тел свободный эфир охлаждается значительно меньше. Материальные тела под действием внешнего давления устремляются в область пониженного давления более охлаждённого эфира между телами. Причем градиент давления мировой материальной среды тем больше, чем больше количество вещества в теле.

Инерция, обеспечиваемая средой также, по-видимому, основано на обмене энергией между веществом и мировой материальной средой. Если при взаимодействии материальных тел в зоне деформации происходит нагрев окружающего эфира. При этом взаимодействующие тела устремляются в сторону внешнего более холодного эфира. Причём оба взаимодействующих тела в любом случае испытывают сопротивление движению со стороны более холодного открытого пространства (с учётом паруса взаимодействия).

Конечно же, это только предположение. Механизм распределения энергии в материи может быть уточнен по мере накопления соответствующих знаний в науке. Однако совершенно очевидно, что без врождённого свойства преобразования напряжение-движение и без инерционного сопротивления среды никакие силы взаимодействия не смогут распространяться на материальные тела. Сила инерционного сопротивления мировой материальной среды непосредственно воздействует на ускоряемое тело, а уже через него на опорное тело, т.е. сила, действующая на опорное тело, в конечном итоге является продолжением силы инерционного сопротивления распространению энергии взаимодействия.

Иллюзию нереальности силам инерции придает только существующая на сегодняшний день математическая модель, которая, кстати, призвана облегчить решение задач динамики, а не усложнять понимание физической сущности реальных взаимодействий, хотя сегодня получается почему-то все наоборот. Некоторые физики от математики склонны принимать существующую математическую модель теории движения «за чистую монету» и распространяют абстрактные математические допущения на реальную действительность. Причем Даламбер в этом нисколько не виноват. Виноваты, наверное, «неграмотные люди», как говорит Н. В. Гулиа в своей «Удивительной физике».

По поводу вводимого в физику для облегчения решения задач движения принципа Даламбера, Гулиа пишет: «он же (Даламбер – авт.) не подозревал, что в научном мире еще имеются люди не очень образованные» (см. выше). Н. В. Гулиа считает, что инерция связана только с принципом Даламбера и не имеет под собой никакой физической основы. Интересно как грамотный вроде бы человек Гулиа вообще представляет себе силу тяги в отсутствие силы инерции?!

Тот же самый автомобиль с двигателем любой мощности никуда не уедет на скользком льду вовсе не, потому что отсутствуют силы трения. Это, конечно важно, но это только второстепенная причина, являющаяся следствием основной причины, т.к. силы трения в данном случае играют лишь роль посредника между взаимодействующими телами. У спортсмена, бегущего на тренажере «Беговая дорожка» с силой трения ног по отношению к полотну дорожки все в полном порядке. Однако все усилия спортсмена не приводят к его сколько-нибудь заметному перемещению относительно Земли, на которой стоит спортивный снаряд.

Силы трения это только промежуточное звено во взаимодействии автомобиля с Землей, отсутствие которой лишает автомобиль возможности взаимодействовать с инерцией Земли. Точно так же как мешает спортсмену взаимодействовать с инерцией Земли спортивный снаряд «Беговая дорожка». Для создания силы тяги необходимо в первую очередь инерционное сопротивление опорного тела, которого из-за отсутствия сцепления со скользкой дорогой лишается автомобиль и из-за свободного перемещения полотна дорожки на барабанах спортивного снаряда лишается спортсмен. Ну и естественно врождённая инерция.

***

Что же является на сегодняшний день «ясным» определением силы инерции в современной физике, о котором говорит Зоммерфельд? Выше в главе 1.1 приведены мнения классиков теоретической механики, в которых ясно прослеживается лишь их двойственное отношение к явлению инерции. Причём причина двойственного отношения к силам инерции в классической физике состоит ещё и в том, что все материальные тела рассматриваются в ней, как физические точки.

Если разбить физические тела на отдельные элементы, хотя бы в виде его реальных физических структур, то явление инерции частично можно объяснить и обычными внутренними Ньютоновскими силами. Они не только передают движение ускоряемому телу, но и собственно поддерживают это движение при встрече ускоряемого тела с препятствиями.

Энергия взаимодействия распространяется между элементами физического тела последовательно. Вначале замедляются элементы тела в зоне непосредственного контакта с препятствием. Они отдают свою избыточную энергию элементам тела, препятствующего ускоряемому телу. При этом последующие элементы отдают свою энергию уже не только препятствующему телу, но и элементам собственного тела, поддерживая тем самым его движение.

Таким образом, по всему объему тела обладающего избыточной кинетической энергией прокатывается волна элементарных взаимодействий, на переднем фронте которой происходит потеря кинетической энергии элементов ударного тела, а на заднем фронте частичное восполнение этой энергии за счёт вступления во взаимодействие его последующих элементов, что эквивалентно силе поддерживающей движение ударного тела. Подобным образом можно объяснить и инерционное торможение ускоряемого тела-мишени.

Результирующая сила в отношении тела-мишени всегда действует в направлении его ускоренного движения, создавая иллюзию отсутствия тормозящей силы инерции, что и утверждает современная физика. Однако первыми ускоряются элементы тела-мишени, находящиеся непосредственно в зоне контакта с ударным телом. При этом элементы ускоряемого тела-мишени, вступающие во взаимодействие позже, отбирают у них энергию, т.е. на переднем фронте волны последовательных взаимодействий происходит потеря энергии, а на заднем фронте пополнение энергии.

На двоякое проявление силы инерции указывал еще Ньютон. Он говорил, что сила инерции проявляется как сопротивление и как напор: «Как сопротивление, -  поскольку тело противится действующей на него силе, стремясь сохранить свое состояние; как напор, - поскольку то же тело, с трудом уступая силе сопротивляющегося ему препятствия, стремится изменить состояние этого препятствия».

Таким образом, Ньютон по сути дела допускал, что силой инерции может быть «обычная» сила, с которой одно тело передает свое движение другому телу и одновременно поддерживает собственное движение. Ведь «стремится изменить состояние этого препятствия» невозможно без стремления поддержать собственное состояние движения. Особенно если учесть, что тело это не материальная точка, а сложная материальная структура.

Как показано выше, сила инерции это статическая сила (F = m * a), которая возникает при любом препятствии движению, и которая тут же исчезает при устранении этого препятствия посредством преобразования статической силы (F = m * a) в новое движение. Так образуется инерционное движение. При этом внутренние Ньютоновские силы поэлементной инерции осуществляют этот принцип на уровне структур вещества и физических тел, а истинные силы инерции реализуют его на уровне элементарных носителей массы вещества и мировой материальной среды.

Понятие инерции в механическом движении является полным аналогом явлению самоиндукции в электродинамике, которое, по всей видимости, как раз и осуществляется на уровне элементарных масс. Правда, самоиндукция объясняется в классической физике через взаимодействие электронов с электромагнитным полем. Но это уже гораздо ближе к взаимодействию элементарных носителей масс, чем взаимодействие физических тел между собой в виде неделимых материальных точек.

Что же касается точек приложения физически реальных сил, как внутренних Ньютоновских, так и внешних сил инерции, то они, как мы уже отмечали, приложены, прежде всего, к структурным элементам вещества или к элементарным носителям массы каждого из взаимодействующих тел соответственно. Поэтому в каждом конкретном случае точка приложения сил может меняться в зависимости от решаемой задачи.

Сосредоточение сил в конкретной материальной точке, как в ЦМ физического тела это только частный случай всех возможных вариантов взаимодействий. Если бы классическая физика рассматривала кинематику движения физических тел не только как движение единых и неделимых материальных точек, то в динамике мы сегодня наверняка уже имели бы более реалистичные представления о явлении инерции.

***

В этом отношении интересен пример равномерного вращения массивного цилиндрического стержня на его поперечной оси. Вращающийся стержень представляет собой единое физическое тело, которое растянуто за счет сил инерции, реально поддерживающих прямолинейное движение по касательной всех его элементарных носителей массы. Сила упругости возникает лишь как ответная реакция на реальное внешнее воздействие поддерживающих центробежных сил инерции. Причём реальная сила упругости не может противодействовать фиктивным несуществующим силам, как впрочем, и сама упругая деформация не может возникнуть под действием фиктивных несуществующих сил. Прежде чем должна появиться сила упругости, стержень должен быть предварительно растянут вовсе не фиктивными силами.

В реальности центробежных сил инерции легко убедиться, представив вращение цилиндра в виде упрощенной академической эквивалентной схемы. На любом расстоянии по обе стороны от центра вращения стержня, кроме максимального радиуса стержня можно условно математически выделить элементарный объем, на который действуют внешние и внутренние силы:

 

1. С внешней стороны на элементарный объем действует совершенно «обычная» даже с классической точки зрения сила внешней части стержня, которая для самой внешней части стержня, как это ни парадоксально, с классической точки зрения является фиктивной, т.е. несуществующей силой! Однако если иметь в виду силы инерции поэлементной поддержки, то никаких парадоксов в этом нет.

2. С внутренней стороны на элементарный объем действует динамически уравновешивающая поддерживающую силу инерции «обычная» сила упругости внутренней части стержня, которая фактически является продолжением обычной поддерживающей силы инерции диаметрально противоположной внешней части стержня, соответствующей внешней части стержня по первому пункту.

 

Совершенно очевидно, что при равномерном вращении диаметрально противоположные части стержня находятся в состоянии равновесия относительно друг друга и относительно центра вращения, т.к. средняя длина стержня, несмотря на действие «обычной» силы упругости, остается неизменной. Следовательно, внутреннюю часть стержня можно теоретически условно заменить академическим невесомым упругим связующим телом, а внешние части стержня считать самостоятельными массивными физическими телами. Из полученной эквивалентной схемы следует, что, каждое из этих массивных физических тел (внешние части стержня) через силу упругости воздействует друг на друга с обычной поддерживающей центробежной силой инерции.

Таким образом, во вращательном движении центростремительная сила обеспечивается фактически «обычной» поддерживающей силой инерции, как ни парадоксально с классической точки зрения это определение по отношению к фиктивной силе инерции. Поскольку «фиктивная» с классической точки зрения поддерживающая сила инерции реально уравновешивается «обычной» силой упругости связующего тела, то обе силы вполне реальны. Классическая же модель вращательного движения отрицает какое-либо равновесие центростремительной силы упругости и центробежной силы инерции, считая последнюю силу несуществующей фиктивной силой инерции.

Сила упругости связующего тела противодействует вовсе не только силе инерции массы покоя вращающегося тела, которую в классической физике принято считать фиктивной, но и его прямому «ударному», если можно так выразиться, динамическому воздействию на любой рассматриваемый участок связующего тела. А ударное воздействие очень трудно считать фиктивным. Приложена «обычная» поддерживающая сила инерции к диаметрально противоположному вращающемуся телу или закрепленному центру. Однако не следует забывать, что центробежная сила инерции приложена также и к каждому элементарному носителю массы самого вращающегося тела.

Если связующее тело считать реальным физическим телом, а не академической невесомой упругой связкой, то поддерживающая сила инерции приложена, в том числе и к каждому элементарному носителю массы связующего тела, являющегося частью единого тела стержня, что и утверждает классическая физика. Однако, поскольку в данном случае связующее тело неотделимо от вращающегося тела, то совершенно очевидно, что поддерживающая сила инерции оказывает вполне реальное действие и на вращающееся тело, ответное связующему телу.

Совершенно очевидно, что при, увеличении скорости вращения, а значит и линейной скорости движения тела по окружности растет не «фиктивная» сила инерции неподвижного с классической точки зрения в радиальном направлении тела. Рост центробежной силы обусловлен, прежде всего «обычной» поддерживающей силой инерции, с которой тело, стремясь в первоначальный момент преобразования прямолинейного движения во вращательное движение удалиться от центра вращения, ударно воздействует на связующее тело.

Именно кинетическая энергия прямолинейного движения тела при преобразовании его во вращательное движение энергетически обеспечивает центробежную силу инерции, т.е. «обычную» по сути дела силу, с которой движущееся прямолинейно тело, сопротивляется процессу преобразования движения по направлению. Каждому увеличению линейной скорости прямолинейного движения, которое преобразуется во вращательное движение, неизменно сопутствует увеличение центростремительного ускорения.

Причем сначала должна увеличиться именно скорость прямолинейного движения тела и, только потом в процессе дополнительного удлинения связующего тела и роста силы упругости возникает и новое центростремительное ускорение нового вращательного движения. Без дополнительного удлинения связующего тела, в результате которого в свою очередь и обеспечивается рост силы упругости невозможно физически обосновать рост центростремительного ускорения.

Таким образом, именно кинетическая энергия прямолинейного движения тела, преобразуемого во вращательное движение, питает «фиктивную» с точки зрения классической физики и «обычную» по своей физической сущности центробежную силу инерции, а так же силу упругости связующего тела. А поскольку кинетическая энергия величина вовсе не фиктивная, хотя и абстрактно-академическая, то и центробежная сила, которая передаёт эту величину, не может быть фиктивной. И приложена эта сила, в том числе и к каждому элементу вращающегося тела.

***

И ещё один пример понимания инерции профессором Гулиа и современной физикой.

Поскольку вращательное движение происходит с постоянной средней линейной скоростью, среднее ускорение в направлении линейной скорости также как и среднее ускорение в радиальном направлении равно нулю. В связи с этим равномерное вращательное движение является внутренним движением замкнутой системы, которая, как и любое физическое тело в отсутствие внешних сил подчиняется первому закону Ньютона.

В пределах одного цикла равномерного вращательного движения тела оно, безусловно, является неравномерным движением. Но если рассматривать вращательное движение как физическое явлением в целом, в котором все средние величины параметров вращения постоянны, то такое вращательное движение можно рассматривать как равномерное движение в отсутствии внешних сил. В связи с этим первый закон Ньютона применительно к движению по окружности можно сформулировать следующим образом:

 

Тело находится в состоянии покоя, движется равномерно и прямолинейно или равномерно вращается до тех пор, пока его не выведет из этих состояний воздействие со стороны других тел.

 

Причём в таком определении первого закона Ньютона нет никаких противоречий. Колебательные движения вращательного движения, как в радиальном, так и тангенциальном направлении осуществляются за счёт внутренней энергии вращающейся системы, запасённой в связующем теле. Следовательно, тело равномерно и криволинейно движется по окружности в отсутствие внешних сил или как предлагает считать профессор Гулиа при их полном равновесии, т.е. «по инерции» (под охраной сил инерции или с сохранением энергии инерции), а внутренние автоколебания этому нисколько не мешают.

Единственное отличие криволинейного, а именно кругового движения по инерции от прямолинейного движения по инерции состоит в том, что в равномерном движении по окружности отсутствует состояние покоя. Движение по окружности является абсолютным движением при любом радиусе и линейной скорости вращения, кроме нулевой линейной скорости, потому что при нулевой линейной скорости вращательного движения просто нет. Но классическая формулировка первого закона Ньютона с добавлением фразы «или равномерно вращается», как показано выше, этому нисколько не противоречит.

Профессор Гулиа Н. В. категорически против отождествления первого закона Ньютона с равномерным вращательным движением. И об этом он написал уже не одну книгу. По его мнению, во вращательном движении в отсутствии внешних сил может сохраняться только угловой момент, а мерой инертности во вращательном движении является не масса, а момент инерции (в нашей редакции - приведённое сопротивление).

С изменением же момента инерции, которое, как считает Гулиа, может осуществляться в отсутствие внешних сил, происходит и изменение углового момента, т.е. состояния вращения тела. Однако как будет показано ниже в главе 3.5, изменение момента инерции может осуществляться только за счёт внешних сил.

Гулиа выдвигает ещё одно возражение против отождествления равномерного вращательного движения с первым законом Ньютона, которое мы можем опровергнуть уже в этой главе без нарушения последовательности изложения, т.е. без привлечения содержания последующих глав.

Профессор Гулиа отождествляет первый закон Ньютона, в котором нет ускорения, с законом инерции, который проявляется только с появлением ускорения, т.е. фактически со вторым законом Ньютона (см. гл. 1.1.). Напомним, что Гулиа не одинок, он достаточно полно представляет точку зрения современной классической физики, поэтому на его примере мы возражаем не столько ему, сколько классической физике.

Вот, что говорит в подтверждение своих утверждений сам Гулиа: «Угловую скорость можно измерить, например, с помощью определения упругих деформаций тела, без какой-либо информации о положении тела по отношению к «абсолютной» системе координат». (Гулиа Н. В. «Физика Парадоксальная механика в вопросах и ответах»). Тем самым Гулиа противопоставляет равномерное вращательное движение равномерному и прямолинейному движению, которое никакими внутренними механическими опытами обнаружить невозможно. Равномерное же вращательное движение, по мнению Гулиа, можно обнаружить внутренними опытами по его деформациям.

Внутренние силы во вращающейся системе в отличие от покоящейся или равномерно и прямолинейно движущейся системы, безусловно, есть. Но с каких это пор внутренние силы и вызываемые ими деформации стали являться свидетельством наличия или отсутствия движения системы в целом?Ё! Внутренние силы, как раз не противоречат первому закону Ньютона! Именно поэтому никаким внутренним механическим опытом невозможно определить, покоится ли данное тело или движется равномерно и прямолинейно.

Все мы знаем, что деформации и внутренние силы во вращающейся системе зависят от скорости вращения. Никакого открытия Гулиа в этом не сделал. Но эти наши знания не являются прямым свидетельством движения. Если скорость вращения постоянная, то никаким внутренним опытом нам даже не удастся определить само существование деформации и силы, т.к. для этого мы должны знать геометрические размеры и величину силы системы при другой скорости её вращения, чтобы было с чем сравнивать. Для этого необходимо перейти в другую абсолютную систему координат, либо не вращающуюся, либо вращающуюся с другой скоростью. Но точно так же мы можем определить, покоится тело или движется равномерно и прямолинейно, спрыгнув с этого тела в другую систему координат, которая вполне может иметь другую скорость равномерного и прямолинейного или неравномерного движения! Однако это уже совсем не внутренние опыты!

Может быть, Гулиа ассоциирует первый закон Ньютона с инерцией в связи с названием инерциальных систем отсчёта, которые в соответствии с первым законом Ньютона действительно движутся равномерно и прямолинейно или покоятся? Но тогда Гулиа просто не понимает физической сущности ни инерции, ни первого закона Ньютона. Название таких систем намекает на закон инерции вовсе не потому, что первый закон Ньютона определяет силы инерции. Равномерное и прямолинейное движение инерциальных систем отсчёта не имеет отношения к закону инерции и поэтому просто не мешает исследуемому в них движению, в котором вместе с внешними силами проявляется и их собственная инерция.

В этом смысле инерциальные системы отсчёта являются локальными абсолютными системами отсчёта. Но в реальной действительности инерциальные системы не только не являются полностью абсолютными системами отсчёта, которые современной наукой пока не открыты, они  также не имеют никакого отношения к закону инерции, который давно открыт, но смысл его прямо противоположен первому закону Ньютона. Закон инерции связан не с отсутствием сил, а как раз, наоборот, с внешним вмешательством в любое движение при помощи внешних сил и вызываемого ими ускорения (см. гл. 1.1.), поэтому он гораздо ближе ко второму закону Ньютона.

В переводе с латинского, инерция действительно означает – бездеятельность. Поэтому-то, наверное, инерцию часто и ассоциируют с первым законом Ньютона. Но как это ни странно для классической физики, в формулировке первого закона Ньютона отсутствует даже сам термин инерция. А вот в определении инерции прямо указываются признаки первого закона Ньютона. Но это вовсе не значит, что эти признаки определяют закон инерции, т.к. они не соответствуют значению слова инерция. Судите сами:

Вот формулировка сил инерции (закона инерции) самого Ньютона, которую привёл сам же Гулиа в «Удивительной физике» (см. главу 1.1.): «Врожденная сила материиесть присущая ей способность сопротивления, по которому всякое отдельно взятое тело удерживает свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения».

Видимо вырванное из контекста этого определения упоминание состояния «покоя или равномерного прямолинейного движения», наряду с переводом слова инерция и даёт основание классической физике в лице профессора Гулиа ассоциировать инерцию с первым законом Ньютона. Но в том-то всё и дело, что не вырванный из контекста, а полный смысл определения закона инерции не соответствует определению первого закона Ньютона. Способность удерживать какое-либо состояние проявляется только тогда, когда появляются попытки его изменить при помощи внешней силы и ускорения. Только в этом случае и проявляются силы инерции в виде способности материи сопротивляться выведению тела из состояния первого закона при помощи внешних сил. Именно в этом смысле, для того чтобы обозначить вывод из первого закона Ньютона в формулировке закона инерции и упоминаются признаки первого закона Ньютона.

Упоминание состояния покоя или равномерного прямолинейного движения в этом определении обозначает границу, после которой вступает в силу закон инерции, только и всего.  А в самом первом законе Ньютона говорится как раз об отсутствии каких-либо внешних сил и какого-либо сопротивления внешним силам, т.к. в их отсутствие сопротивляться просто нечему.  Следовательно, в первом законе Ньютона эта способность сопротивления, как реакция на действие внешних сил или инерция (в противоположном своему переводу толковании), не проявляется.

Таким образом, инерциальные системы отсчёта оправдывают своё название вовсе не тем, что их равномерное и прямолинейное движение или покой это якобы и есть их собственная инерция, а как раз именно тем, что они не проявляют собственную инерцию, т.е. ускорение. Тем самым инерциальные системы отсчёта своей бездеятельностью и не искажают проявление инерции других тел при изменении состояния их движения или покоя и таким образом позволяют изучать движение других тел в чистом неискажённом виде.

Для людей, связанных с техническими вопросами это не является откровением. Для того чтобы измерить параметры какого-либо процесса техническими средствами, необходимо, чтобы эти средства не имели собственного влияния на эти параметры. Например, для того чтобы измерить силу тока в электрической цепи, амперметр не должен иметь никакого отношения к влиянию на ток цепи, чтобы не искажать «амперы» в изучаемой цепи. Но называется этот прибор, как это ни странно для профессора Гулиа, по названию того процесса, который он не должен искажать и который он должен измерять.

Точно так же инерциальная система отсчёта, подчиняющаяся первому закону Ньютона и именно поэтому не имеющая собственного проявления закона инерции, позволяет измерять его проявление в изучаемом движении в неискажённом виде. Но, как и все технические средства измерения, называется она не по собственным качествам, которые как раз исключают собственную инерцию (сопротивление внешним силам), а по названию того процесса, который она позволяет изучать, т.е. по проявлению закона инерции под действием внешних сил в изучаемых с помощью неинерциальных систем движениях.

Трудность здесь состоит в том, что сам термин инерция, обозначающий бездеятельность очень подходит для первого закона Ньютона и для названия собственных качеств бездеятельности или невмешательства в изучаемое движение инерциальных систем отсчёта. Он также неплохо подходит для обозначения фиктивных сил. Поскольку сила переводится как действие, а инерция как бездействие, то силы инерции в переводе следует понимать, как действие бездействия или сила бессилия. Если отбросить абсурдность такого словосочетания, то можно подумать, что речь идёт о фиктивных силах. Но, как показано в главе (1.1.) это только путаница терминологии.

Несмотря на двойственное и неоднозначное отношение к силам инерции, в классической физике никто из представителей официальной науки, тем не менее, не отрицает, что само явление инерции реально существует и даже имеет самую реальную в материальном мире меру в виде массы, которая определяет ускорение материи. Но в первом законе Ньютона никакого ускорения материи нет. Следовательно, первый закон Ньютона это не инерция, которая в контексте закона инерции Ньютона определяет отнюдь не бездействие, а именно действие. Но инерцию массы, как отношение силы к ускорению, определяет второй закон Ньютона!

Судя по тому, что профессор физики Гулиа перевернул всё с ног на голову, он не понимает ни первого закона Ньютона, ни закона инерции, т.е. второго закона Ньютона, ни самого явления инерции! Ведь нельзя же всерьёз думать, что уважаемый профессор физики умышленно издевается над широкой аудиторией, водя всех за нос. Тем не менее, вместо того, чтобы, как популяризатор науки распутать путаницу терминов, не имеющую отношения непосредственно к физике и здравому смыслу, он только усугубляет её путаницей в физике, что заставляет сомневаться в его компетенции!

В своём неприятии равномерности равномерного вращательного движения он может пойти и дальше. Поэтому мы упредим и его потенциально возможные возражения. Закрыв глаза на то, что опыты перестали быть внутренними, Гулиа может возразить, что, оказавшись в другой системе отсчёта, мы по обнаруженному таким образом относительному движению опять же не сможем сказать, какая именно из этих систем движется. Безусловно, это так, это понятно даже сегодняшним школьникам. Но обнаружив деформацию вращающейся системы со стороны, мы так же не сможем сказать, какие причины её вызвали. Ведь даже в равномерно и прямолинейно движущейся системе могут быть деформации за счёт внутренних сил, не мешающих общему состоянию движения системы.

Чтобы установить истину, необходимо не просто оказаться в другой системе отсчёта. Внешние исследования инерциальной системы отсчёта и вращающейся системы отсчёта необходимо проводить в их динамике. А для  того чтобы опыты по такому глупому и надуманному поводу, как отождествление первого закона Ньютона с законом инерции в виду их полной бессмысленности не проводить вообще, лучше не смешивать первый закон Ньютона и закон инерции, а просто разобраться с терминами. Тем более что у самого Ньютона формулировка первого закона и формулировка закона инерции – разные и по смыслу, и по содержанию!

Первый закон Ньютона означает только то, что «на нет и суда нет». Ничто (бездеятельность) не может быть признаком чего-то объективно проявляющегося, как, например, вовсе небездеятельная инерция при выведении движения из любого состояния с любым ускорением. Ничто может только не мешать этому процессу, но ничего ни прибавить к нему, ни отнять от него бездеятельность не может. Говоря математическим языком, ничто - это нуль. И этот нуль Гулиа пытается отождествлять с деятельной инерцией!

Ньютон в отличие от Гулиа, наверное, знал, что закон инерции связан не с равномерным движением или покоем, а с изменением любого текущего состояния движения. Правда, в его формулировке говорится только об изменении состояния равномерного и прямолинейного движения или покоя. Но он так же не оговаривал и с каким именно ускорением это должно произойти. Следовательно, после первого малейшего изменения состояния покоя или равномерного движения и продолжения действия ускорения, сопротивление материи не прекратиться и с ростом ускорения будет расти. Но это и означает, что инерция проявляется, в том числе и на фоне уже ускоренного движения.

 Таким образом, начало проявления закона инерции, т.е. второго закона Ньютона действительно связано с изменением равномерного движения или покоя. Это в лучшем случае означает, что первый и второй законы Ньютона имеют общую границу. Но лежат они по разные стороны этой границы! Поскольку в природе всё взаимосвязано, граница есть и между вторым и третьим законом Ньютона. Эту границу  определяют неинерциальные системы отсчёта, которые связаны каждая со своим ответным телом взаимодействия.

Как и любой человек Гулиа имеет право на своё личное мнение. Но как профессор физики он не имеет права безответственно говорить глупости. Любой человек и даже профессор физики может ошибаться. Однако если профессор физики постоянно ошибается именно в своей области знаний, то не такой уж он и профессор физики. Поэтому физика для него парадоксальная и удивительная. Но гораздо более парадоксально, что он стал профессором этой физики, которой он до сих пор удивляется, а значит, которую он не понимает. 

 

Категория: Мои статьи | Добавил: aaa2158 (14.04.2016)
Просмотров: 441 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar