Сила инерции и законы механики (стр. 5 )

В  основу  первого  закона  было  положено  открытие  Галилея  и  Декарта.  Причем  начало  открытию  было  положено  Галилеем  по  ошибке,  а  в  окончательном,  исправленном  варианте,  сформулировано  Декартом,  с  которым  Галилей  вынужден  был  согласиться.

5.2.  Открытие  свойства  тел  двигаться  равномерно  и  прямолинейно.

Галилей,  наблюдая  в  телескоп  за  движениями  спутников  Юпитера,  приходит  к  выводу:  если  на  тела  не  действуют  другие  тела,  то  они  двигаются  равномерно  по  окружностям.  В  это  время  уже  была  опубликована  работа  Кеплера,  в  которой  он  доказал,  что  все  планеты  и  их  спутники  двигаются  по  эллиптическим  орбитам  неравномерно,  но  Галилей  на  нее  не  обратил  внимание.  Декарт  не  согласился  с  выводом  Галилея  и  выдвинул  свою  точку  зрения:  если  на  тело  не  действуют  силы,  то  оно  движется  равномерно  и  прямолинейно.  Таким  образом,  механика  пополнилась  открытием,  которое,  по  важности,  стоит  в  одном  ряду  с  двумя  другими  открытиями:  сохранение  неизменными  в  пространстве,  плоскости  колебаний  маятника  и  направления  оси  вращающихся  тел.  Последние  два  открытия  были  оценены  учеными  по  достоинству  и  нашли  применение  при  объяснении  других  физических  явлений,  а  также,  при  изготовлении  навигационных  приборов.  Открытию  Галилея  -  Декарта  была  уготована  другая  судьба:  открытие послужило  поводом  для  введения  в  механику  закона,  который  в  природе  никогда  не  выполняется.

Однако  это  не  значит,  что  и  открытие  не  представляет  ценности  для  науки.  Наоборот,  только  благодаря  этому  открытию  стала  понятна  причина  возникновения  центробежной  силы,  что  дало  впоследствии  возможность  объяснить  еще  целый  ряд  физических  явлений.  По  этой  причине,  исключая  первый  закон,  мы  должны  сохранить  в  механике  само  открытие,  но  его  формулировка  должна  быть  изменена. 

Формулировку  открытия  Галилея  -  Декарта  необходимо  приводить  в  сослагательном  наклонении:  если  бы  на  тело  не  действовали  другие  тела  (силы),  то  оно  двигалось  бы  прямолинейно  и  равномерно.  Природа  наделила  тела  свойством  двигаться  прямолинейно  и  равномерно,  но  введя  силу  тяготения,  тут  же  и  лишила  возможности  реализовать  его.  Свойство  тел  двигаться  прямолинейно  проявляется  при  криволинейных  движениях  в  виде  центробежной  силы,  а  равномерное  движение  реализуется  в  Природе,  но  только  при  вращательных  движениях.

5.3.  Ошибки  в  представлении  Ньютона  о  силе  инерции.

Ньютон  в  работе  [1,  с.25] в  определении,  предшествовавшем  формулировке  первого  закона, написал: 

«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.

Эта  сила  всегда  пропорциональна  массе,  и  если  отличается  от  инерции  массы,  то  разве  только  воззрением  на  нее.

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».  Эта  сила  проявляется  телом  единственно  лишь,  когда  другая  сила,  к  нему  приложенная,  производит  изменение  в  его  состоянии.  Проявление  этой  силы  может  быть  рассматриваемо  двояко:  и  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».

Как  это  видно  из  приведенной  цитаты,  Ньютон  рассматривал  силу  инерции  как  сопротивление  при  выведении  тела  из  состояния  покоя  и  как  силу,  обеспечивающую  его  равномерное  прямолинейное  движение.

В  состоянии  покоя  и  при  равномерном  движении  сила  инерции,  как  это  было  показано  выше,  не  проявляется.  Сила  инерции  проявляется  только  при  движениях  с  ускорением.

При  рассмотрении  первого  закона  была  также  установлена  невозможность  одновременного  равномерного  и  прямолинейного  движения.

Сопротивление  при  выведении  тела  из  состояния  покоя  оказывает  только  сила  сцепления,  возникающая  между  контактирующими  друг  с  другом  телами.  В  механике  силу  сцепления  ошибочно  называют  силой  трения  покоя,  не  замечая,  что  трение,  при  отсутствии  перемещения  одного  тела  по  отношении  к  другому,  отсутствует.

Из  приведенных  выше  свойств  силы  инерции  также  следует,  что  сила  инерции  не  может  рассматриваться  и  как  напор. Понятие  напор  применимо  только  к  силе  энергии.

5.3.  Ошибки  при  объяснении  движения  тел  по  инерции.

Длительное  время,  отсутствовавшее  представление  об  энергии  привело  к  тому,  что  физические  явления,  возникающие  при  движении,  как  и,  само  движение,  объясняются  инерцией,  а  не  энергией. 

В  качестве  доказательства  приведем  несколько  примеров  и  прокомментируем  их.

1.  [2,  с.78]  «…при  резком  изменении  скорости  вагона  трение  о  пол  будет  увлекать  за  собой  ноги  пассажира,  но  ни  на  туловище,  ни  на  голову  никакого  действия  со  стороны  пола  оказано  не  будет,  и  эти  части  тела  будут  продолжать  двигаться  по  инерции.  Поэтому,  например,  при  торможении  вагона  скорость  ног  уменьшится,  а  туловище  и  голова,  скорость  которых  останется  без  изменений,  опередят  ноги;  в  результате  тело  пассажира  наклонится  вперед  по  движению». 

При  торможении  вагона  его  энергия  и  энергия  ног  пассажира  начали  уменьшаться,  а  туловище  и  голова  продолжили  двигаться  с  прежней  энергией,  опережая  ноги;  в  результате  тело  пассажира  наклонится  вперед  по  движению.

2.  [2,  с.250]  «без  действия  каких-либо  других  сил  чемодан  слетает  с  полки  в  резко  затормозившем  поезде;  чемодан  получает  ускорение  относительно  поезда,  хотя  никакие  тела  это  ускорение  не  вызвали.  Конечно,  если  это  же  движение  рассматривать  относительно  инерциальной  системы  отсчета  (например,  Земли),  то  тело,  вызвавшее  явление,  мы  указать  сможем:  в  резко  затормозившем  поезде  чемодан  продолжает  двигаться  по  инерции  с  прежней  скоростью,  а  полка,  прикрепленная  к  вагону,  на  которую  (но  не  на  чемодан!)  подействовала  сила  трения  заторможенных  колес  о  рельсы,  уменьшает  свою  скорость  и,  отставая  от  чемодана,  выскальзывает  из-под  него».