Сыромясский Вадим Алексеевич: другие произведения.

Существует ли сила инерции

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Конкурс 'Мир боевых искусств.Wuxia' Переводы на Amazon
Конкурсы романов на Author.Today

Зимние Конкурсы на ПродаМан
Peклaмa
Оценка: 7.00*3  Ваша оценка:


   В. А. Сыромясский, к.т.н.
   Существует ли сила инерции?
   Эссе
   Мы говорим: сила инерции понуждает наших оппонентов придерживаться устаревших взглядов на природу вещей. В силу инерции мышления мы продолжаем пользоваться потерявшими актуальность доводами и воззрениями.
   Начиная с Исаака Ньютона, теоретическая механика и ее популяризаторы утверждают: материя обладает универсальным свойством противиться изменению ее движения, масса есть мера инертности тела, свободное в пространстве тело продолжает свое движение по инерции. Рассмотрим кратко основные положения, которыми руководствуется теория и практика.
   Исаак Ньютон. (Г.М.Голин, С.Р.Филонович. "Классики физической науки")
   Врожденная 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 ... От инерции материи происходит, что всякое тело лишь с трудом выводится из своего покоя или движения. Поэтому "врожденная сила" могла бы быть весьма вразумительно названа "силою инерции".
   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 остается. Тело продолжает затем удерживать свое новое состояние вследствие одной только инерции.
   Место есть часть пространства, занимаемая телом и, по отношению к пространству, бывает или абсолютным, или относительным. Я говорю часть пространства, а не положение тела и не объемлющая его поверхность.
   Выражение для силы - всего лишь правила, согласующиеся с кинематическими опытами.
   Первый закон механики Ньютона в его изначальной редакции звучит так: "Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние".
   Л.Эйлер в своем труде "Основы динамики точки" дает такое определение понятию инерция: "Я указываю всеобщие законы природы, которым следует свободное тело, не подверженное действию сил. Тело подобного рода, раз оно находится в состоянии покоя, должно вечно пребывать в покое. Если же оно имело движение, оно вечно должно двигаться с той же скоростью по прямому направлению. Оба эти закона наиболее удобно можно представить под именем закона сохранения состояния. Отсюда вытекает, что сохранение состояния является существенным свойством всех тел и что все тела, пока они остаются таковыми, имеют стремление или способность навсегда сохранять свое состояние, и это есть не что иное, как сила инерции".
   Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшиц в книге "Механика" ("Наука", М, 1965) предлагают свою трактовку первого закона: "В инерциальной системе отсчета свободное движение происходит с постоянной по величине и направлению скоростью. Это утверждение составляет содержание так называемого закона инерции".
   C.П.Стрелков тоже в книге "Механика" ("Высшая школа", М, 1965) дает свою интерпретацию закона: "В этом законе, называемом первым законом Ньютона, прежде всего, имеется утверждение, что покой и равномерное и прямолинейное движение тела - одно и то же механическое состояние тела".
   Д.Б.Мэрион в книге "Физика и физический мир" (ИЛ. М, 1975): "Для начала движения требуется большая сила, чем для поддержания движения. Мы используем термин инерция для обозначения этого свойства вещества - противиться изменению своего состояния движения... Масса - это свойство вещества. Масса тела является мерой количества содержащегося в нем вещества".
   Д,Аламбер: "Силы - туманные понятия".
   Пуанкаре: "Когда говорят, что сила есть причина движения, - то это метафизика".
   Удивляет постоянное разночтение законов механики в целом ряде научно-технических публикаций. Обратимся к обобщающему знания источнику - учебному пособию для студентов-физиков книге И.Е.Иродова "Основные законы механики" ("Высшая школа", М, 1975):
   "Изучая на опыте различные движения, мы обнаруживаем, что в инерциальных системах отсчета всякое ускорение тела вызывается действием на него каких-либо других тел. Кроме того, во всех случаях, когда в опыте участвуют только два тела: А и В, и тело А сообщает ускорение телу В, то и тело В также сообщает ускорение телу А. Отсюда мы заключаем, что действия тел друг на друга носят характер взаимодействия.
   Для характеристики этого взаимодействия вводят новую фундаментальную величину - силу F, которая служит мерой механического взаимодействия тел. Поскольку сила является причиной ускорения, а ускорение обладает свойствами вектора, то постулируется, что и сила есть вектор, причем направленный так же, как и ускорение w, вызываемое этой силой. Одной из важнейших характеристик силы является ее материальное происхождение. Говоря о силе, мы всегда неявно предполагаем, что в отсутствие посторонних тел сила, действующая на интересующее нас тело, равна нулю. Если же обнаруживается, что сила действует, мы ищем ее источник в виде того или иного тела или других тел.
   Величина отношения F/w характеризует некоторое свойство тел, а именно инертность, которая выражает степень неподатливости тела к изменению его скорости. Для количественной характеристики инертности тела вводят величину m, пропорциональную отношению F/w. Эту величину m называют массой".
   Подвергнем, с позиций современных воззрений, критическому анализу некоторые постулаты теоретической механики от Ньютона до наших дней. Заранее оговоримся, что авторитет и научные допущения великого теоретика остаются не тронутыми, а достижения теоретической и практической механики остаются высоко оцененными. Но, как говорится, Ньютон нам дорог, а истина дороже.
   Прежде, чем приступить к рассмотрению предмета нашей дискуссии - инерции, необходимо, хотя бы в общих чертах, определить, что же такое движение. Диалектический материализм утверждал, что движение есть способ существования материи. Кто станет возражать! Но попробуйте получить материю в мире неподвижности, если материя первична, а движение вторично. Мы заинтригованы философией древних: все движется, все изменяется. Кто или что положило начало этому броунову движению? Можно предположить, что начало движению положил взрыв Вселенной, когда сосредоточенная в сфере масса разлетелась во всех координатах пространства. Началом движения и его точкой отсчета для любой пришедшей в движение частицы стал центр сферы. Движение относительно точки отсчета в этом случае можно считать абсолютным, изменения положения частиц относительно друг друга относительным движением, господствующим в окружающем мире. Приняв в мысленном эксперименте существование абсолютного нуля (точки отсчета), мы могли бы дать определение движению как реакцию (последействие) материального объекта в результате последнего взаимодействия с другими объектами, реализованную путем непрерывного изменения координаты (места) присутствия своего в пространстве. Короче. Движение есть свойство материи отвечать на динамическое воздействие непрерывным изменением собственной координаты в пространстве. Предлагаемая гипотеза исходит из положений о месте в пространстве и движении (перемещении) тела из одного места в другое. Можно было бы также говорить, что движение есть перемещение тела в пространстве, унаследованное от внутренней волны деформации на этапе взаимодействия (соударения) рассматриваемых тел. Дело в том, что во время взаимодействия тела находятся на связи и образуют замкнутую систему, внутри которой происходят возмущения и смещения деформируемых объемов. Этот вопрос подробно изложен в книге автора "Проблемы механики" (Издательство госуниверситета, Запорожье, 2001). Можно было бы также говорить о движении тела как о механической памяти о деформациях на этапе взаимодействия.
   Волновая теория соударений рисует следующий сценарий процесса. Шары сближаются и входят в динамический контакт. В зоне контакта сминаются неровности и формируется импульс сжатия, волна деформации (напряжения) со скоростью звука для данной среды распространятся в сторону свободной поверхности тел, отражается и формирует сплошное их растяжение; через площадку динамического контакта тела внедряются в пространство друг друга. По мере развития сплошной деформации растяжения все точки тела обретают новую скорость, и тела разлетаются, обменявшись скоростями. Как это видно из сценария, процесс взаимодействия дискретный, протекающий во времени и пространстве.
   Исторически сложилось так, что теоретическая механика при формулировании своих основных законов исходила из представлений о существовании мифического свойства врожденной силы материи, абсолютно твердого тела и связанной с этим мгновенной передаче динамических воздействий (дальнодействия). На помощь была призвана сила F=mw, якобы ответственная за послеударное ускорение тела, и загадочная инерция, для выражения которой не нашлось отдельной формулы. Присутствие в формулировках основных законов словосочетаний тело удерживает состояние покоя или движения, с трудом выводится из состояния, продолжает(!) удерживать, сохраняет состояние, противится изменению состояния и так далее вводят в заблуждение и внушают ожидание какого-то еще действия от тела, которое после сеанса взаимодействия просто движется с усвоенной им новой скоростью. Динамическое состояние тела характеризует его импульс - произведение массы на скорость p=mv, который можно было бы назвать механическим потенциалом, имея в виду то, что именно этот параметр определяет развитие событий в случае взаимодействия с другим телом. В целом полная характеристика динамического состояния тела выглядит так: свободное тело массой m движется в пространстве со скоростью v, унаследованной от последнего взаимодействия по предписанной этим взаимодействием оси с переменной координатой места пребывания x. Координата x и потенциал p = mv определяют вероятность встречи с другими телами на оси движения и энергетические последствия столкновения. Таким образом, утверждения, что при равномерном прямолинейном движении с телом ничего не происходит, не подтверждаются мысленным экспериментом и реальными исследованиями.
   О понятии силы. В теоретической механике принято считать, что за ускорение тела ответственность несет сила F= mw, которую якобы можно приложить в точке или плоскости контакта при взаимодействии. Как известно, первоначально сила определялась формулой F=m(v1-v2), и лишь потом посчитали возможным записать это выражение в дифференциальной форме F= mdv/dt или F=mw. Как известно из теории удара, обмен скоростями сопровождается драматическими событиями в теле взаимодействующих стержней, связанными с волнами сжатия-растяжения вещества и финальной деформацией сплошного растяжения. Само собой разумеется, что формула F= mdv/dt неприемлема, так как отражает линейное нарастание измеряемого параметра. Величина F=m(v1-v2) - это число, которое показывает изменение скорости на момент окончания процесса взаимодействия и, естественно, никуда приложено быть не может.
   В заключение нужно заметить, что в формулировках основных законов механики взаимодействия физических тел отсутствует учет потерь на трансформацию движения, связанных с волнами продольно-поперечной деформации и тепловыми потерями. В связи с этим изложение законов следовало бы сопроводить информацией о принятых допущениях и оговорках.
   О понятии инерции. В повседневной практике инерцией объясняют такие явления, как стремление продолжать движение всех предметов при остановке, например, вагона; деформацию при остановке одной части тела, и свободного движения другой его части. Примером могут служить также разрушения, связанные с тем, что покоящееся тело сохраняет состояние покоя, а взаимодействующее с ним движущееся тело внедряется в пространство первого. В ряде формулировок утверждается, что масса - это мера инертности тела. Ньютон утверждал, что врожденная способность сопротивления движению как раз и есть сила инерции. В связи с изложенным возникают принципиальные вопросы: инерция - это дополнительное фундаментальное свойство материи, или это физическое явление, выступающее как результат взаимодействия тел, имеющих реальную жесткую структуру? Почему отсутствуют индексы и формулы расчета инерции? Как влияет инерция на баланс энергии?
   Для получения ответа на поставленные вопросы проведем несложный мысленный эксперимент. Допустим, что в пространстве столкнулись своими малыми гранями два стальных параллелепипеда. Замеряем время соударения или время динамического контакта до момента разлета брусков. Повторяем соударение тех же масс широкими гранями и обнаруживаем, что время контакта существенно уменьшилось. Если эксперимент продолжить в безвоздушном пространстве, но раскатать бруски в тонкие листы, тогда можно было бы обнаружить, что время реакции взаимодействия уменьшилось до бесконечно малой величины. В результате эксперимента возникает вопрос: куда делась инертность материи? Напрашивается ответ, что у материи как таковой зловредная способность сопротивляться движению отсутствует. На эффект передачи движения от одного тела к другому определяющее влияние оказывает не сама масса как таковая, а ее пространственная конструкция: плотность, молекулярная структура, кристаллическая решетка, конструктивная форма тела и так далее. В конечном счете, скорость распространения механических возмущений в материале.
   Итак. Инерция - это физическое явление, возникающее при передаче механической энергии движения материальными объектами и обусловленное их внутренней структурой: плотностью, волновым сопротивлением, наличием пустот и резких перепадов жесткости. Показателем инерции является сдвиг во времени между моментом приложения нагрузки и возникновением соответствующего ей движения. Укоренившееся в практике выражение: тело продолжает движение по инерции в принципе не верно. В этом случае достаточно сказать тело движется в соответствии с усвоенным им импульсом.
   Заключение. Утверждение Ньютона о том, что "приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, что "сила проявляется единственно только в действии и по прекращении действия в теле не остается" и что "тело продолжает затем удерживать свое новое состояние вследствие одной только инерции" следует признать утратившими силу.
  
   ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

Оценка: 7.00*3  Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com В.Соколов "Мажор 3: Милосердие спецназа"(Боевик) А.Гончаров "Лучший из миров"(Антиутопия) К.Федоров "Имперское наследство. Забытый осколок"(Боевая фантастика) Б.лев "Призраки Эхо"(Антиутопия) Д.Сугралинов "Дисгардиум 5. Священная война"(Боевое фэнтези) В.Соколов "Мажор 2: Обезбашенный спецназ "(Боевик) В.Кретов "Легенда 2, Инферно"(ЛитРПГ) Д.Сугралинов "Кирка тысячи атрибутов"(ЛитРПГ) А.Минаева "Академия Алой короны-2. Приручение"(Боевое фэнтези) С.Елена "Избранница Хозяина холмов"(Любовное фэнтези)
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Батлер "Бегемоты здесь не водятся" М.Николаев "Профессионалы" С.Лыжина "Принцесса Иляна"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"