Введение.
Всё новое – это хорошо забытое старое.
Если быть точным, то речь пойдёт не о новых законах Ньютона, а о новом понимании этих законов. С 1687 года существуют три закона динамики, сформулированные Ньютоном, поэтому не исключено, что предлагаемая мною версия понимания этих законов уже существовала, но ранние источники версии затерялись (по крайней мере для меня) во тьме веков.
Менее десяти лет назад я, как и многие, искренне веровал, что наука несёт в массы светлые знания, и нет для неё ничего дороже истины.
Но, нашлись товарищи, которым не живётся спокойно на этом свете. Втянули они меня в философию, а уж там я сам докатился до понятия мироздания. И когда для полноты картины Вселенной (на мелочи не разменивался) потребовалось решить задачу на движение космических тел, я, не раздумывая, открыл теорию относительности (ТО). Верил, что «теории относительности образуют существенную часть теоретического базиса современной физики». Задачу не решил, и решил, что физики не знаю. Сел за учебники. До тонкостей изучил преобразования Лоренца, разобрался с интервалом. Оказалось, что математический аппарат ТО не пригоден для решения практических задач потому, что в его принцип заложена математическая ошибка (подтасовка), которая не позволяет получить истинные значения координат. Свою задачу я решил с помощью преобразований Галилея, но не тех, что даны в учебнике, а тех, которые создал, разбираясь в координатах Лоренца.
С этими знаниями вышел на форум умных людей и узнал, что знания мои никому не нужны. Форум окончательно убедил меня том, что ТО – это научный лохотрон, лапша на уши, дурилка картонная. Но в дебатах был затронут вопрос ускорения, который мною не изучался. При знакомстве с этим вопросом пришлось прочитать классическую механику.
После полученных мною знаний второй закон Ньютона оказался для меня камнем преткновения. Ясность пришла после прочтения книги «Математические начала натуральной философии» Ньютона.
Мне стало ясно, что современное научное мировоззрение далеко не самое светлое и чистое в этом мире. В книге Джером к’ Джерома один из героев, обсуждая рагу по-шотландски, заметил, что на общем фоне рагу и дохлая крыса сойдёт. Заранее согласен, что наука и рагу понятия мало совместимые. И всё же приходится с болью в душе констатировать, что на общем фоне современной физики и теория относительности сойдёт.
В качестве образца современного мировоззрения мною был выбран популярный и один из самых лучших современных учебников «Курс общей физики, том I. Механика, колебания и волны, молекулярная физика». И. В. Савельев. Издательство «Наука», главная редакция физико-математической литературы, М, 1970г.
Сравнивая первоисточник с учебником, пришлось некоторые пояснения формулировать самостоятельно, поскольку краткость гения не всегда понятна нам, смертным. Ньютон формулирует физические законы чётко, с минимальными пояснениями, Савельев даёт яркие пояснения к современному миропониманию физических явлений. Совместить бы чёткость Ньютона с ясностью Савельева, цены бы не было такому произведению. Сожалею, но у меня получилось то, что получилось. Судить не мне.
1. Первый закон Ньютона
В учебнике: «Первый закон Ньютона формулируется следующим образом:
Всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние» (§13, стр 47).
Савельев тут же поясняет:
«Оба названных состояния отличаются тем, что ускорение тела равно нулю. Поэтому формулировке первого закона можно придать следующий вид: скорость любого тела остаётся постоянной (в частности, равной нулю), пока воздействие на это тело со стороны других тел не вызовет её изменения».
Всё совершенно правильно, но Ньютон говорит о состоянии тел. Разница между формулировками минимальная: «Всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние» (Закон I, стр. 39).
Ньютон ведёт речь не о скоростях, которые определяют состояние тела, он говорит об устойчивости состояний покоя и равномерного прямолинейного движения, и особо подчёркивает устойчивость состояния равномерного прямолинейного движения тела при исчезновении действия внешней силы. Его пояснение к закону звучит следующим образом: «Брошенное тело продолжает удерживать своё движение, поскольку его не замедляет сопротивление воздуха и поскольку сила тяжести не побуждает это тело вниз» (Закон I, стр 40).
Может поэтому 1-й закон назван законом инерции? Да, закономерность действия сил инерции чётко определёна. Однако сам Ньютон говорит:
«Врождённая сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает своё состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Эта сила всегда пропорциональна массе, и если отличается от инерции массы, то разве только воззрением на неё» (Определение III, стр 25).
Так о какой силе материи ведётся речь?
То, что любое тело обладает массой, знают все. Поэтому любое тело, движется оно или покоится (третьего не дано), имеет параметр, который Савельев называет «импульсом материальной точки (§22, стр 47). Он определяет импульс как векторную величину p = mv (22.2). (В состоянии покоя p = 0. ) и уточняет, что «прежде вместо термина «импульс» пользовались термином «количество движения».» (§22, стр 47).
Ньютон определяет:
«Количество движения есть мера такового, устанавливаемая пропорционально скорости и массе.»
Поскольку первый закон Ньютона определяет сохранение постоянства скорости тела, то можно сказать, что речь идёт о сохранении количества движения тела. Или, используя современный термин, говорим: первый закон Ньютона – это закон сохранения импульса.
Савельев делит на два закона. Насколько это необходимо, я не знаю. Возможно, что это не принципиальный вопрос. Гораздо важнее определить связь врождённой силы материи с количеством движения тела, т. е. с импульсом.
2. Второй закон Ньютона.
Савельев утверждает: «Во втором законе Ньютона фигурируют две новые физические величины: сила и масса. Сила даёт количественную характеристику и направление воздействия, оказываемого на данное тело со стороны других тел. Масса даёт количественную характеристику «отзывчивости» тела на эти воздействия.» (§14, стр 49).
После описания эксперимента с пружинными весами, на которых определялась величина сил, Савельев предлагает опыт с тележками, при помощи которого он выводит зависимость ускорения от движущей силы и массы тела:
« w = k f / m, (14.5) где k – коэффициент пропорциональности. Соотношение (14.5) представляет собой аналитическое выражение второго закона Ньютона.
Итак, второй закон Ньютона формулируется следующим образом: Ускорение всякого тела прямо пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально массе тела.» (§14, стр 52).
Утверждение, содержащееся в этом законе, является отнюдь не очевидным. Если не уточнять какая сила имеется ввиду, то при постоянстве силы f формула (14.5) предусматривает постоянство ускорения и, следовательно, превышение скорости тела выше сверхсветовой. Современная трактовка признаёт постоянство ускорения и тормозит этот процесс при подходе к световой скорости массой тела. Она говорит: «Как устанавливает теория относительности, масса тела является функцией скорости: с увеличением скорости масса растёт. Правда, зависимость массы от скорости… (далее по сноске) имеет вид m = m0/ (1 – v^2/c^2)^0,5 где m – масса тела в системе отсчёта, относительно которой тело движется со скоростью v, m0 – масса покоя, т.е. масса при v=0, c – скорость света в пустоте.» ( §22, стр 74).
Но в числителе (14.5) стоит сила, в составе которой фигурирует масса. Поэтому коэффициент, запрещающий рост ускорения, появится не только в числителе, но и в знаменателе. Отношение коэффициентов даёт единицу, оставляет ускорение величиной постоянной и допускает сверхсветовую скорость.
Но, даже если допустить произвол, заставить силу не зависеть от скорости, близкой к скорости света, то всё равно придётся признать, что в (14.5) ускорение w постоянной величиной не является.
Думаю, что ограничение ускорения тела за счёт роста массы лишено смысла, поскольку ускорение w = 0 только при бесконечной по величине массе тела. А если это тело электрон? Масса Солнечной системы очень велика, но не бесконечна. Она меньше массы галактики, которая тоже ограничена. Но появляется электрон, который по массе и габаритам меньше атома и, разогнавшись до скорости, близкой к световой (формула 14.5 это допускает), превышает по массе не только Солнечную систему, но и саму галактику. Это не абсурд?
Ошибка современной физики заключается в игнорировании фактора времени при измерении ускорения в опыте с тележками. Экспериментаторы «не заметили», что с увеличением времени ускорение замедляется. Следовательно, в выражении (14.5) в знаменателе должен фигурировать символ времени. Неужели Ньютон допустил эту ошибку? Смотрю «Начала» и удивляюсь.
Масса определяется сразу и безповоротно:
«Количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объёму её.» Количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объёму её». (Определение I, стр 24)
Ни о какой «отзывчивости» речи не ведётся, зато сказано:
«Определяется масса по весу тела, что мною найдено опытами над маятниками, произведёнными точнейшим образом, как о том сказано ниже». (Определение I, стр 24)
Для силы у Ньютона тоже нашлось определение, которое он дал до формулировки второго закона:
«Приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Сила проявляется единственно только в действии, и по прекращении действия в теле не остаётся. Тело продолжает затем удерживать своё новое состояние вследствие одной только инерции. Происхождение приложенной силы может быть различное: от удара, от давления, от центростремительной силы.» (Определение IV, стр 26)
Формулируя свой второй закон , Ньютон говорит:
«Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует». (закон II, стр 40).
Лично я в данной формулировке не вижу ускорения. Говорится о количестве движения, которое пропорционально приложенной движущей силе, что соответствует выражению: mv = f. Кроме того, чтобы не перепутали понятие «Изменение количества движения» с ускорением, Ньютон поясняет:
«Если какая-нибудь сила производит некоторое количество движения, то двойная сила произведёт двойное, тройная – тройное, будут ли они приложены разом все вместе, или же последовательно и постепенно. Это количество движения, которое всегда происходит по тому же направлению, как и производящая его сила, если тело уже находилось в движении, при совпадении направлений прилагается к количеству движения тела, бывшему ранее, при противоположности – вычитается, при наклонности – прилагается наклонно и соединяется с бывшим ранее, сообразно величине и направлению каждого из них.» (закон II, стр 40).
Второму закону Ньютона соответствует выражение: mv2 – mv1 = mv = f. Здесь mv1 – количество движения тела до приложения действующей силы, mv2 – количество движения тела после приложения действующей силы, mv – изменение количества движения, пропорциональная силе f.
Каждая сила создаёт своё количество движения. При действии нескольких сил количество движения тела равно векторной сумме количества движения, которые создаются каждой силой отдельно и направлено в направлении вектора суммы всех действующих сил. Второй закон в «Началах» чётко определяет зависимость количества движения от величины и направления действующих сил. При этом Ньютон даёт пояснения, исключающие ложные толкования.
Невольно на ум приходит закон Чизголма (один из друзей Мерфи): «Если ясность Вашего объяснения исключает ложное толкование, всё равно найдутся люди, которые поймут Вас неправильно.»
Лично я сделал вывод: у Савельева второй закон к Ньютону никакого отношения не имеет. Не зная истории физики, не имею права приписать Савельеву авторство второго закона, но очень хочется. Современное понимание второго закона искажает картину физических явлений, происходящих при движении тела. Понятия «работа», «мощность», «кинетическая и потенциальная энергии», «силы инерции», «импульс», которые сегодня не вписываются в законы Ньютона (Савельев рассматривает их отдельно) после возвращения к «Началам» должны войти в единую картину физического мира.
Некоторые формулы и единицы измерения немного изменят свой вид. Как это будет выглядеть можно будет показать в продолжении этой темы, если дело дойдёт до продолжения.
3. Третий закон Ньютона
Этот закон можно назвать законом взаимодействия сил. Савельев уточняет:
В формулировке самого Ньютона он гласит:
«Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе – действия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны». В этой формулировке фигурируют термины «действие» и «противодействие», в следствии чего может возникнуть представление о каком-то различии сил, с которыми тела действуют друг на друга. «Действию» невольно отводится главенствуюшая, а «противодействию» – подчинённая роль. На самом деле обе силы f12 и f21 являются совершенно равноправными». (§16 стр 59)
Однако Ньютон дал более правильное определение. Так как силы имеют разную природу, то при определении действия их на тело желательно разделить все силы на действующие и противодействующие.
К действующим силам относятся:
–Внешние силы сторонних тел. Эти силы не зависят ни от параметров тела, на которое они действуют, ни от других сил, действующих на тело.
–Силы гравитационных, электромагнитных и других полей. Эти силы зависят от параметров тела, но не зависят от других сил (если они не являются источником поля). Одной из таких сил является вес тела.
–Сила сопротивления движущейся среды.
К противодействующим силам относятся силы, которые зависят от действующих сил:
–Силы реакции опоры.
–Сила трения.
–Сила сопротивления неподвижной среды.
–Силы энергии движения тела: кинетической и потенциальной.
В состоянии покоя сумма действующих сил равна сумме сил реакции опоры и трения.
Сила сопротивления неподвижной среды, как и силы энергии движения тела равна нулю.
Предположив, что внешняя сила расходуется на преодоление сил трения и сопротивления внешней среды, на работу по перемещению тела и создание (поддержание) кинетической и потенциальной энергии этого тела, мы не нарушим картину окружающего нас мира.
И не обязательно силы должны возникать попарно. Силе, действующей на тело в определённом направлении, может противостоять сумма сил.
Конкретную картину взаимодействия тела с окружающими телами желательно рассматривать на конкретных примерах, поскольку действие сил зависит от условий, в которых рассматривается данное тело.
18.06.2011г
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
Кто ясно мыслит -- ясно излагает. Дело нужное. Продолжайте, желаю успеха. 
