движение.
Как появился закон инерции, и как произошло разделение понятия масса
тела на массу гравитационную и массу инертную, очень хорошо объясняет известный ученый Макс Борн в своей книге « Эйнштейновская теория относительности» (Москва. Мир. 1972г.)
Всем ли утверждениям данных объяснений можно слепо доверять?
Может быть, из этих наглядных объяснений, приведенных Максом
Борном, могут логически вытекать утверждения, прямо
противоположные утверждениям, существующим на данный момент
времени?
Обсуждение этих вопросов участниками форума и позволит установить
истину или хотя бы приблизиться к ней.
Итак.
Макс Борн. «Эйнштейновская теория относительности»
Глава 2. Фундаментальные законы классической механики.
1) Равновесие и понятие силы.
Исторически механика берет свое начало из принципа равновесия, или статики; построение ее из этого исходного пункта наиболее естественно также и с точки зрения логики.
Основное понятие статики - это понятие силы. Оно проистекает из субъективного чувства напряжения, которое мы испытываем, когда
наше тело выполняет какую-либо работу.
Вес, будучи наиболее очевидным проявлением силы и вынуждая все
тела тяготеть вниз, представлял единицу силы в удобной форме: кусок металла, утвержденный как единица силы каким-либо указом государства или церкви.
Инструмент, применяемый для сравнения весов различных тел - весы.
Два тела имеют одинаковый вес, или одинаково тяжелы, если будучи помещенными, на две чаши весов, они не нарушают равновесия чаш.
Кроме сил, которые человек находил в своем теле и у домашних
животных, он знал и другие силы, называемые в наши дни упругими.
Сила, необходимая для того, чтобы растянуть лук или самострел,
относится именно к этой категории.
Далее эти силы легко сравнить с весом: если, например, мы хотим
измерить силу, необходимую для того, чтобы растянуть пружину на определенную длину, то мы при помощи проб, определяем, какой вес необходимо подвесить на этой пружине, чтобы равновесие наступило
в точности при таком растяжении пружины.
Сила тогда равна весу, если не считать того, что пружина совершает
усилие, направленное вверх, а вес- направленное вниз.
Принцип, который используется здесь, состоит в том, что при
равновесии все силы взаимно уничтожаются; это и есть ньютоновский принцип равенства действия и противодействия.
Если такое состояние равновесия нарушается в результате уменьшения
или устранения одной из сил, возникает ДВИЖЕНИЕ.
Сила стремится создать движение. Это -- исходный момент ДИНАМИКИ.
2) Динамика. Закон инерции.
КАК СИЛЫ ВЫЗЫВАЮТ ДВИЖЕНИЕ?
Простейшим является случай, когда силы вообще отсутствуют.
При этом покоящееся тело, несомненно, не придет в движение.
Уже древние установили этот факт; более того, они верили, что
верно и обратное, т.е. что если движение существует, то должны существовать и силы, поддерживающие его.
Эта точка зрения сразу приводит к трудностям, если задаться
вопросом, почему брошенный камень или стрела продолжают
двигаться после того, как они были выпущены из руки.
Ясно, что именно рука привела их в состояние движения, но
ее воздействие закончилось, как только движение началось.
Древние мыслители испытали много затруднений, пытаясь уяснить,
какие силы действительно поддерживают движение брошенного
камня.
Галилей первым встал на правильную точку зрения.
Он заметил ошибочность убеждения в том, что сила должна
присутствовать везде, где существует движение.
Наоборот, следовало задаться вопросом, какое количественное
свойство движения находится в правильном соотношении с
силой-- будь это положение движущегося тела, его скорость,
его ускорение, или какая-либо сложная величина, зависящая
от всех этих параметров.
Никакие умозрительные рассуждения не помогут нам извлечь ответ
на этот вопрос из философии.
Здесь нужно обратиться непосредственно к природе.
Ответ, который дает природа, состоит в том, что влияние силы
проявляется в ИЗМЕНЕНИЯХ скорости.
Для поддержания же движения, при котором величина и
направление скорости остаются неизменными, не требуется
присутствие сил.
И наоборот, где отсутствуют силы, там величина и направление
скорости остаются неизменными: покоящееся тело сохраняет
состояние покоя, движущееся равномерно и прямолинейно продолжает двигаться равномерно и прямолинейно.
Это закон инерции.
В настоящий момент будем рассматривать закон инерции в том
ограниченном смысле, какой имел в виду Галилей.
Представим себе гладкий, строго горизонтальный стол, на котором
покоится гладкий шар.
Он прижат к столу силой его собственного веса.
Очевидно, не существует силы, действующей на него в
горизонтальном направлении, иначе он не оставался бы в покое
ни в одной точке стола.
Но если теперь придать шару скорость, он будет продолжать двигаться
по прямой линии, лишь немного теряя скорость.
Это замедление Галилей понял как вторичный эффект, который
следует приписать трению о стол и воздух, даже силы трения
невозможно обнаружить теми статическими методами, с которых
мы начали.
Именно эта интуиция, которая правильно отделяет то, что
существенно в явлении, от второстепенных эффектов, и
характеризует великого ученого.
Закон инерции, безусловно, не ограничивается случаем движения
на столе.
Было установлено, что в отсутствие сил скорость остается постоянной
по направлению и величине.
Поэтому силы всегда ассоциируются с изменением скорости,
ускорением.
3) Масса и количество движения
Проведем импульсный эксперимент с шарами различных видов-
скажем, разных размеров или из разных материалов. Пусть одни из
них будут сплошными, другие--полыми внутри.
Предположим, что все шары приводятся в движение строго
одинаковыми ударами или импульсами силы при помощи очень
тяжелого молотка. Опыт показывает, что шары приобретают
совершенно различные скорости, и, разумеется. сразу можно
заметить, что легкие шары начинают двигаться с большей
скоростью, а тяжелые- лишь медленно откатываются в сторону
(если только молоток всегда гораздо тяжелее всех шаров).
Таким образом, мы обнаружили зависимость от веса, которую мы
будем изучать и далее, ибо она представляет собой одно из
эмпирических оснований общей теории относительности.
С абстрактной точки зрения следовало бы, однако, подчеркнуть
следующее: тот факт, что разные шары приобретают различные
скорости после одинаково сильных взаимодействий, не имеет
ничего общего с весом. Сила веса направлена вниз и определяет
давление шара на стол, но не порождает никакой горизонтальной
силы.
Итак, мы узнали, что один шар оказывает большее сопротивление
удару, чем другой - это уже новый опытный факт, независимый от
того, что первый шар в то же время тяжелее, чем второй. Но этот
факт, с нашей точки зрения, невозможно объяснить, исходя из
понятия веса.
Мы установили различие сопротивлений, которые оказывают
шары при взаимодействии с молотком.
Назовем это сопротивление инерциальным сопротивлением и
определим его как отношение импульса силы I к приобретенной
скорости v, измеренной относительно первоначального состояния
покоя.
Для этого отношения обозначаемого символом m, было выбрано
слово масса.
Итак:
m=I/v (6)
Эта формула утверждает, что для одного и того же тела
увеличение импульса силы I ведет к соответствующему увеличению
скорости v таким образом, что их соотношение всегда остается
неизменным и равным m.
В бытовом смысле слово масса означает нечто вроде количества
вещества или материи; эти понятия сами по себе не определяются
далее.
Понятие вещества является самоочевидным. В физике, однако,- и мы должны подчеркнуть это самым решительным образом - слово масса
не имеет иного смысла, кроме того, который ему придает формула (6). Масса есть мера сопротивления тела изменениям скорости.
4) Вес и масса
Вводя понятие массы, мы заметили, что масса и вес обнаруживают замечательный параллелизм. Тяжелые тела оказывают более сильное противодействие ускоряющей силе, чем легкие. Строгий ли это закон?
По сути дела – да.
Чтобы разобраться в этих обстоятельствах, рассмотрим снова опыты по приведению в движение шаров на гладком горизонтальном столе при
помощи ударов или импульсов силы. Возьмем два шара А и В, причем В вдвое тяжелее А, т.е. на весах В уравновешивает два тела, точно совпадающие с А.
Далее, пусть шары А и В испытывают совершенно одинаковые удары;
будем наблюдать, какую скорость они приобретут.
Мы обнаруживаем, что А катится вдвое быстрее, чем В.
Итак, шар В, вдвое тяжелый, чем шар А, оказывает сопротивление изменению скорости более сильное, чем шар А.
Это можно сформулировать и по-другому: тела, имеющие вдвое
большую массу, имеют вдвое больший вес, или, выражаясь более
общим образом, массы находятся в некотором постоянном отношении
к весам G.
Отношение веса к массе – определенная величина. Ее обозначают
через g, и мы можем записать
G/m=g, или G=mg.
Разумеется, опыт, который мы описали, чтобы проиллюстрировать
этот закон, весьма груб.
Но существует много других явлений, подтверждающих тот же
самый закон: прежде всего наблюдаемый факт, что все тела падают одинаково быстро. Здесь, разумеется, предполагается, что
никакие силы, кроме гравитационных, на движение не влияют.
Это означает, что опыт необходимо проводить в вакууме с тем,
чтобы исключить сопротивление воздуха. Для демонстрационных
целей можно использовать наклонную плоскость, по которой
скатываются два шара, одинаковые по виду, но различного веса.
Вес здесь играет роль движущейся силы, масса определяет
сопротивление движению. Если они пропорциональны друг другу,
то на тяжелое тело будет, конечно, действовать большая
движущаяся сила, однако это уравновешивается большим
сопротивлением тяжелого шара движущей силе; в результате
тяжелое и легкое тела скатываются или падают одинаково быстро.
Итак, ускорения всех тел направлены вертикально вниз, если
они движутся под действием только силы тяжести (гравитации), и
одинаковы независимо от того, начинают ли они падение из
состояния покоя или брошены вниз с некоторой начальной скоростью. Величина g – ускорение, обусловленное гравитацией, - равна
g=981см/сек^2
Наиболее поучительные опыты по исследованию этого закона
можно воспроизвести с помощью простого маятника – шара,
прикрепленного к тонкой нити. Ньютон еще в свое далекое время
заметил, что периоды колебаний всегда одни и те же для маятников одинаковой длины, какова бы ни была масса «гири».
Закон пропорциональности веса и массы часто формулируют
следующим образом: гравитационная и инертная массы равны
друг другу.
Здесь «гравитационная масса» означает попросту вес, деленный
на g, а собственно массу отличают, присоединяя к ней слово
«инертная».
Можно было бы подумать, что этот закон надежно заложен в основе механики. Однако это отнюдь не так, что можно видеть и из нашего
обзора, в котором мы следовали идеям классической механики.
Этот закон скорее довольно независимо примыкает, как своеобразная странность, к канве других законов. Вероятно, он служил источником раздумья для многих, но никто не подозревал и не предполагал,
что за ним может скрываться гораздо более глубокое соотношение.
Ведь в природе существует так много видов сил, которые могут
действовать на массу; почему бы среди них не быть какой-нибудь
одной, точно пропорциональной массе? На вопрос, на который не
ждут никакого ответа, и не появится никакого ответа.
Итак, ситуация оставалась неизменной в течение столетий.
Это было возможно лишь благодаря неудержимому успеху механики
Галилея-Ньютона. Она предопределила движение не только земных
тел, но и движение звезд. Она проявила себя как надежная основа
всего здания точной науки. В середине 19 века, несомненно, считалось ,
что целью всякого исследования является интерпретация физических явлений в терминах ньютоновской механики. Так в пылу строительства своего внушительного здания физики забыли проверить, достаточно ли надежен фундамент, чтобы выдержать целое… .
Вот дословный текст некоторых параграфов книги Макса Борна, поясняющий как возникли основные аксиомы, на которых построена современная физика.
Далее мои, Николая Чичигина, комментарии.
Что на данный момент времени вызывает сомнения в утверждениях основоположников современной науки?
Что можно и нужно изменить в некоторых привычных объяснениях физических процессов?
Для начала в параграфе «Динамика. Закон инерции » нужно несколько изменить первоначальный вопрос Галилея, касающийся движения тел
по инерции.
Т.к. в окружающем нас мире невозможно указать точку пространства,
где бы любое физическое тело не взаимодействовало с окружающими
его телами, т.е. на тело бы не действовали силы взаимодействий окружающих его тел, то первоначальный вопрос, касающийся движения
тел по инерции должен выглядеть так.
Какое количественное свойство движения тела находится в правильном соотношении с силами, взаимодействующими с этим движущимся
телом?
А если принять во внимание утверждение из параграфа «Равновесие и понятие силы»- «Сила стремится создать движение. Это- исходный
момент динамики», то движение тела по инерции есть движение,
возникшее под действием силы, превосходящей силы
взаимодействующих окружающих тел, вернее, под действием
силы, превосходящей равнодействующую силу всех взаимодействий
данного тела.
Т.е. в движении по инерции ничего мистического нет.
Это движение по инерции продолжается до тех пор, пока
сопротивление сил окружающих взаимодействий не приведет
движущееся тело в состояние покоя относительно окружающих
его тел.
Т.е. количество движения тела, возникшее под действием силы, превосходящей силы взаимодействия окружающих тел, постепенно затрачивается на работу по преодолению сил сопротивления движению взаимодействующих окружающих тел.
В динамике, в отличие от статики, равновесия сил не существует т.к. движение тел возникает всегда под действием силы, превосходящей
силы взаимодействующих окружающих тел.
Далее в параграфе «Масса и количество движения» нельзя согласиться с
утверждением - « Таким образом, мы обнаружили зависимость от веса, которую мы будем изучать и далее, ибо она представляет собой одно из эмпирических оснований общей теории относительности. С абстрактной точки зрения следовало бы, однако, подчеркнуть следующее: тот
факт, что разные шары приобретают различные скорости после
одинаково сильных взаимодействий, не имеет ничего общего с
весом. Сила веса направлена вниз и определяет давление шара на
стол, но не порождает никакой горизонтальной силы »
Вот откуда начинается первоначальное объяснение причины разделения понятия масса тела на массу инертную и массу гравитационную, но это только вынужденная попытка придать данному разделению понятий
масс некоторое логическое обоснование.
Да сила веса направлена вниз и определяет давление шара на стол.
И хотя сила веса не порождает никакой горизонтальной силы, эта
сила веса тела порождает силу сопротивления (ускорения)
перемещениям тела во всех направлениях, в том числе и в
горизонтальных.
Т.е. силы веса тел ( силы гравитационного взаимодействия масс исследуемых тел, находящихся на поверхности Земли, с массой Земли) отвечают за инертность тел, находящихся на поверхности Земли .
Конечно, сила сопротивления перемещениям (мера инертности) тел
в горизонтальных направлениях отличается от силы сопротивления перемещениям тел в вертикальных направлениях.
Но и это объяснимо, стоит только, определяя равнодействующую
силу при горизонтальном перемещении, сравнить расстояние горизонтального перемещения тел с расстоянием между центрами
масс перемещаемых тел с центром массы Земли.
Основная причина разделения понятия масса тела на массу
гравитационную и массу инертную, хотя и относится к глубинным мистическим объяснениям, но лежит на поверхности, и нет только
желания у некоторых заинтересованных лиц ее рассматривать.
Как я неоднократно утверждал в своих текстах, основная причина
появления первого закона Ньютона, разделение массы тела на массу инертную и массу гравитационную, лежит в том, что без этих понятий
во времена Ньютона невозможно было бы с помощью математики
описывать и прогнозировать механическое движение тел.
Ведь задача о взаимодействии трех тел до сих пор не решена, а
как можно было во времена Ньютона начинать описывать
взаимодействия масс двух тел с учетом взаимодействия масс
исследуемых с массой Земли.
Поэтому, чтобы не учитывать данное взаимодействие, ответственность
за инертность тел была возложена на НЕЧТО, взаимодействие с чем не подлежит математическому учету.
И.Ньютон ответственность за инертность тел возложил на абсолютное пространство, Э.Мах ответственность за инертность тел возложил на удаленные массы Вселенной.
И хотя в настоящее время уже высказываются мнения, что ИСО и
АСО в реальном мире не существуют, а существуют только некоторые приближения к ним, и тем ни менее многие созданные и создаваемые
теории имеют свое логическое объяснение только с применением
этих ИСО и АСО.
Нужно признать, что все эти ИСО и АСО, принцип относительности
Галилея, преобразования Лоренца, ОТО и СТО Эйнштейна и т.д.,
не ДОГМА, а всего лишь абстрактные упражнения для гимнастики
ума, позволяющие приблизиться к ИСТИНЕ.
Но приближение к истине невозможно без выяснения причин инертности тел, без выяснения причины движения тел по инерции.
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
