Трудные темы курса классической механики/Динамика: различия между версиями
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Правка |
Правка .Первый закон |
||
Строка 325:
====Первый закон Ньютона ====
Первый закон Ньютона
До Ньютона причиной движения любого материального тела была постоянно действующая на него сила. Если сила исчезала, по общему мнению тело должно было остановиться. Ньютон радикально изменил взгляд на движение тел, заявив, что сила есть причина изменения движения тела. При этом в качестве системы отсчёта он рассматривал в соответствие с воззрениями своего времени заполняющий всё пространство Вселенной эфир. А связанная с ним система отсчёта есть Абсолютная система отсчёта (АИСО).
Заслугой Ньютона является не то, что он ввёл основой своей теории абсолютную систему отсчёта в виде гипотетического подлинно неподвижного эфира, заполняющего собой всё пространство и не препятствующего движению тел. Представление о котором уходит корнями в античность.
А в том, что он ясно указал, что изменение характера движения тела, т.е. изменение его скорости и направления движения, может произойти в абсолютной системе координат лишь под действием материальной причины, которой является сила. В сочетании с принципом относительности Галилея из этого следовало, что свойствами абсолютной системы отсчёта будут обладать и любые другие координатные системы, движущиеся относительно абсолютной равномерно и прямолинейно.
Ньютон сформулировал принцип, часто называемый Первым законом Ньютона, долгое время воспроизводившийся в литературе по физике в формулировке:
<blockquote>
Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения пока и поскольку оно не понуждается действующими на него внешними силами выйти из этого состояния <ref name="ФТ">
С.Э.Фриш, А.В.Тиморева .Курс общей физики.Учебник для физ-мат и физ-тех факультетов университетов.Том I.Издание восьмое.Государственное издательство технико-Теоретической литературы.М.1957. Стр.44</ref> (Цитируется по "Физический энциклопедический словарь"[6] Стр.473) </blockquote>
В связи с желанием объяснить наблюдаемые явления проявлением неких имманентными свойствами предметов, самим телам Ньютоном было приписано свойство инерции, понятие инерции было введено Ньютоном в его «Математических началах натуральной философии»[15]: «Врождённая сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения», а собственно термин «сила инерции» был, по словам Эйлера, впервые употреблён в этом значении Кеплером ([15], со ссылкой на Е. Л. Николаи Страница 131).
Отголоском ньютоновского выбора термина «сопротивление» для описания инерции является также представление о некоей силе, якобы реализующей это свойство в форме сопротивления изменениям параметров движения. Отсюда следует, что «Инертность — это свойство тел сопротивляться изменению их скорости».
По этому случаю, Максвелл саркастически заметил, что такое определение столь же нелепо, как утверждение о том, что кофе "сопротивляется тому, чтобы стать сладким потому, что в него не положили сахару". [4]
Первый закон Ньютона вводит понятие инерциальных систем отсчёта ИСО , и даёт повод говорить о неинерциальных НСО системах отсчёта (СО). Ньютон исходил из предположения, что инерциальные системы отсчёта объективно существуют и среди этих систем находится наиболее предпочтительная (сам Ньютон связывал её с эфиром, заполняющим всё пространство). Дальнейшее развитие физики показало, что такой системы нет, но это привело к необходимости выйти за пределы классической физики.
Но и в рамках классического подхода ситуация осложняется тем, что геометрические (кинематические) характеристики траектории зависят от выбора системы координат и равномерное и прямолинейное движение в одной системе может стать криволинейным и неравномерным в другой системе.И потому наблюдаемое прямолинейное и равномерное движение может быть просто результатом выбора системы координат.Но, не решив этого вопроса, нельзя применять Первый закон Ньютона в любой конкретной ситуации.
Трудно, а возможно и просто безнадёжно найти учебное пособие по классической механике, которое не было бы основано на рассмотрении проблем кинематики и динамики в инерциальной системе наблюдения. Постулируя, иногда явно, а в большинстве случаев и просто принимая это за само собой разумеющийся факт, автор подобного пособия получает возможность, ничем не рискуя, углубляться в содержание предмета и иллюстрировать его чертежами, также предполагающими, что и изображённое на них, в том числе и читатель, сами находятся в этой системе.В этом и состоит одна из основных черт догматического подхода.
Однако не только приступающий к началу изучения физики учащийся, но и любой , кто вынужден применять знания по физике на деле, находится в совершенно иной ситуации.В отличие от автора-догматика, он должен лично искать и информацию , которая позволила (или не позволила) бы ему использовать полученные им формальные знания. Так ему предстоит решить, можно ли использовать в его конкретном случае представление о том, что изучаемые им явления действительно происходят в инерциальной системе наблюдения.
Выход из этого затруднения авторы учебных пособий и учебников находят в том, что они заведомо формулируют законы механики в предположении, что они имеют дело только с инерциальными системами наблюдения
Поэтому некоторые более аккуратные в формулировках авторы добавляют в формулировку Первого закона существенный момент, указывая, что содержащееся в формулировке закона положение относится не к любой системе координат, но лишь к инерциальной системе.
При этом используется тот факт, что свойством инерциальных систем является то, что равномерное и прямолинейное движение отображается в другой инерциальной системе в виде тоже равномерного прямолинейного движения, в общем случае другого направления и другой скорости.
В настоящее время широкое распространение получила такая формулировка Первого закона:
<blockquote>
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки сохраняют состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные)</blockquote>
Такая формулировка неприятно шокирует как своей безапелляционностью, так и явным противоречием принципам научного подхода к закономерностям Природы.
В самом деле, любое утверждение, претендующее на принадлежность к научному знанию должно удовлетворять критерию ''фальсифицируемости (Принцип Поппера)''. То есть допускать , хотя бы в принципе, возможность своего опровержения. Ясно, что приведённая выше категоричная формулировка полностью это исключает .
Можно предположить, что здесь мы имеем дело не с современной точкой зрения, но с пересказом позиции Ньютона. Но читатель читает именно то, что написано и отнюдь не рассчитывает, что ему предлагают заняться расшифровкой загадок.
Между тем сходную формулировку мы находим и у Фейнмана, [7] отличающуюся в худшую сторону по той причине, что там вместо материальной точки фигурирует материальное тело, что позволяет предположить, что формулировка допускает своё распространение и на тела при этом вращающиеся. т.е. состоящие (за исключением точек на оси вращения) из совокупности не прямолинейно движущихся материальных точек, что противоречит тексту закона.
Приведённая выше формулировка отражает общую тенденцию , характерную для догматического стиля изложения материала.Здесь, в первую очередь, никак не определён термин "прямолинейное движение", и не указаны признаки позволяющие установить факт его наблюдения.
И этому причиной является то обстоятельство, что в реальном мире, то есть в мире экспериментально наблюдаемых фактов, явлений и процессов, неинерциальных систем отсчёта не существует.
Инерциальная система, как искусственно вводимое в мир реальных явлений понятий, представляет собой фикцию. Предельное и принципиально недостижимое значение некоторого свойства. Наравне с представлением об абсолютно твёрдом теле, материальной точке и пр. И потому приведённая выше современная формулировка Первого закона ложна.
Следовало бы обсуждаемую формулировку начать со слов " Не существуют такие системы отсчёта.." и далее по тексту.Но утверждения, основанные на категорическом отрицании, содержат слишком мало конструктива, поскольку несуществующее большого практического интереса, как правило, не представляет.
Слов нет, не всякая ложь предосудительна. Существует ложь во благо или ложь во спасение. Так, например , человек не может жить без ложного представления о своём бессмертии.
Так и представление об инерциальных системах, можно сказать, жизненно необходимо в физике, поскольку создаёт немалый комфорт при проведении анализа происходящих в механике событий. Оно, безусловно, придаёт ощущения почвы под ногами или же, говоря фигурально, печки, от которой удобно начинать танец. Эта ситуация отражает характерные правила процесса познания, установившиеся на протяжении многих лет.
Инерциальных систем в реальном мире не может быть уже потому , что их определение содержит в себе самоотрицание. В самом деле, сам факт того, что при наличии неуравновешенной силы материальный объект начинает двигаться ускоренно, может быть истолкован, как возникновение неинерциальной системы, материализованной в виде этого тела.
Для того, чтобы придти к представлению о мире, в котором неинерциальным системам отсчёта места нет, следует вообще исключить силовое воздействие между телами. В таком случае можно представить, что подобная чисто инерциальная Вселенная будет заполнена равномерно и прямолинейно движущимися телами, которые, в том случае, если не будут двигаться в одном направлении, неизбежно будут друг с другом нет нет,да и сталкиваться.
Но столкновение для материального тела есть силовое взаимодействие, которое мы выше исключили. Следовательно, для возможности существования идеально инерциальной Вселенной следует отказать ей в содержании в своем составе материальных тел.
Нетрудно сообразить, что в такой Вселенной, пока она остаётся инерциальной, ничего не происходит. И огромное разнообразие наблюдаемых с точки зрения физики явлений обусловлено тем, что именно неинерциальные системы являются сценой, на которой происходят все явления, по крайней мере те, которые входят в круг интересов механики.
Вселенная без сил и без материальных тел может быть представлена, как заполненная излучениями, распространяющимся в разных направлениях, и проходящим друг сквозь друга без взаимодействия, как проходят волны на поверхности воды. Возможно интенсивность такого излучения будет неодинаковой в пространстве. В том числе и по причине нелинейных возникновения эффектов.
Надо сказать, что такая картина напоминает широко распространённую в космогонии точку зрения, согласно которой вещество составляет крайне малую часть общей массы. Но, по видимому, роль классической механике в такой картине мира вряд ли намного значительнее. И потому вопрос о критериях инерциальности и способов измерения не инерциальности приобретает в механике решающее значение.
<!--
Трудно, а возможно и просто безнадёжно найти учебное пособие по классической механике, которое не было бы основано на рассмотрении проблем кинематики и динамики в так называемой инерциальной системе наблюдения. Постулируя, иногда явно, а в большинстве случаев и просто принимая это за само собой разумеющийся факт, автор подобного пособия получает возможность, ничем не рискуя, углубляться в содержание предмета и иллюстрировать его чертежами, также предполагающими, что и изображённое на них, в том числе и читатель, сами находятся в этой системе.В этом и состоит одна из основных черт догматического подхода.
Строка 447 ⟶ 519 :
Надо сказать, что такая картина напоминает широко распространённую в космогонии точку зрения, согласно которой вещество составляет крайне малую часть общей массы. Но, по видимому, роль классической механике в такой картине мира вряд ли намного значительнее. И потому вопрос о критериях инерциальности и способов измерения не инерциальности приобретает в механике решающее значение.
-->
Взятые из кинематики понятия о равномерном и прямолинейном движении не являются достаточными для проведения различия между воображаемыми инерциальными и реально существующими неинерциальными системами.Для этого необходимо воспользоваться понятиями из динамики, а именно решить вопрос о степени проявления ''сил инерции.''
[[File: Pict. Attention.jpg|thumb| left| 50 px]]
Все события, происходящие в природе, происходят
====Второй закон Ньютона====
| |||