Откровенно говоря, закон инерции не только не оправдал себя, а является тормозом и указателем к обманчивости и только! Через него ученые вынуждены были, доверившись ему как истинному, правду называть ложью и тем самым двигать науку не вперед к познанию еще не раскрытых сторон материального мира, а топтаться на одном месте, прикованном к столбу этого закона. (Здесь подразумевается познание тайн небесной механики).
Если разложить этот закон на "лопатки" и судить со всей строгостью, то:
Во-первых, это закон не инерции, а закон инертности. В первой половине его формулировки говорится так: "Если на тело не действует никакая сила, оно будет находиться в состоянии покоя". Вот и вся его заслуга. Здесь сказано правильно и вполне естественно. Этого никто не возразил и не возразит никогда. Истина – и есть истина.
Во-вторых, этот закон не научный, а антинаучный. Как бы это слово ни резало в ушах и донимало совесть, но правду некуда девать.
Почему ньютоновский закон инерции является антинаучным
Так в чем же его антинаучность? В буквальном смысле слова его антинаучность заключается в следующем. "Всякое тело движется прямолинейно с постоянной скоростью, если на него не действует сила, изменяющая скорость тела". (Эрик Роджерс "Физика для любознательных" с. 244).
Если принято этот закон называть законом инерции в буквальном смысле слова, то и в буквальном смысле этого слова нужно ставить требования к сформулированному.
Самое существенное, что требуется от закона – это служение делу науки и самому человеку в его жизни и практической деятельности. Поэтому прежде всего задается вопрос: Существует ли где-нибудь во Вселенной такой уголок свободного пространства, чтобы там не действовали никакие силы? Нету.
Может ли так быть, чтобы на тело не действовали никакие силы, тем более на то, что движется в свободном пространстве? Не может быть.
Так на основе чего предлагать то, что неосуществимо?
Может ли любое тело ("всякое тело") само по себе пуститься в движение прямолинейно и равномерно до бесконечности? Это невозможно.
Так на основе каких соображений такую формулировку принято называть законом инерции? Разве можно построить сооружение без фундамента, без каких-либо элементарных подпор? Нет. Так и этот закон висит в воздухе без должного ему фундамента и подпор.
Галилеевский опыт лишь дал намек на идею, для понимания которой требовались не только глаза, но и глубоко-вдумчивое осмысление возможного и невозможного за пределами практической проверки правильности поставленного опыта.
Если шарик, скатившись с "горки" и дальше продолжал катиться прямолинейно и равномерно на коротеньком отрезке пути, то это еще не означало, что данный наглядный пример можно приравнять к движению тел в более широких масштабах пространства.
Смотреть, как катится шарик и наблюдать за движением планет, чтобы отыскивать в них нечто общее – это еще достаточно далеко до вывода закона инерции.
Приспособляемость к ньютоновскому закону инерции, возможно, и породила такую тенденцию, когда вещи не называют своими именами.
Примером такового может быть общеупотребительное "универсальное" слово "ускорение". Употребляют его в литературе и научной и в учебниках школьных двусмысленно: и тогда, когда нужно показать возрастающую скорость движения, и тогда, когда скорость падает. Это ведь два противоположных значения движения. В народном языке более правдоподобно звучит признак этих действий: ускорение движения, замедление движения. Ведь для этого человек и придумал имена: Иван, Мария, чтобы сразу становилось понятным, какой пол имеется ввиду. А в науке Иваном называют оба пола.
Если на движущееся тело, на которое действуют силы сопротивления трения, сопротивления воздуха и оно замедляет свою скорость, то какая здесь речь может быть об ускорении? По всей видимости, ученые пытаются упростить терминологию, чтобы легче было оперировать. А наоборот получается – это еще больше затрудняет работу мышления, построения воображения, осмыслению положения вещей и т.п.
В науке принято говорить: "После прекращения работы двигателей ракеты выведенный спутник на орбиту начал двигаться с ускорением". Вот и попробуй согласно семантическому значению слов осмыслить действительное состояние спутника. А в буквальном смысле этих слов выходит, что спутник сам начал двигаться быстрее чем тогда, когда его подталкивала ракета. Кто в этом виноват? Не лучше ли вещи называть своими именами?
Изменение закона инерции и возможное, и необходимое
Если убирать место от чего-то лишнего, то, чтобы оно не было пустым, нужно там поставить что-то необходимое и полезное. Так говорит народная мудрость? Если решиться сместить ньютоновский закон инерции как непригодный и не полезный для науки, то обязательно нужно его чем-то и заменить. Лучше же что-то, что-нибудь чем совсем ничего.
Какие же требования к закону инерции и что он должен охватывать, чтобы на чем базироваться и быть действенным в механике?
1. Закон инерции должен напоминать о себе везде там, где происходит движение тел, где есть скорость.
2. Объяснять и то движение, о котором не сказано в формулировке – криволинейное движение.
3. На основе закона инерции должна стать понятной сущность небесной механики.
То есть, согласно этому закону должно искаться объяснение причин движения планет вокруг центра системы в первую очередь. Иоганн Кеплер открыл законы движения планет вокруг Солнца. Исаак Ньютон на основе этих законов открыл закон всемирного тяготения. Наука вот уже несколько столетий воспользуется этими законами, а объяснение их сути так и не найдено до сих пор.
Фридрих Энгельс очень правильно сказал о таком положении, которое не изменилось до сих пор: "Ньютоновское притяжение... не объясняет, а показывает наглядно современное состояние движения планет". Этими же словами Энгельса можно сказать и о законах Кеплера.
Отсутствие четкой, доступной пониманию формулировке закона инерции привело к целому ряду ошибочных взглядов в области механики и астрономии. Иногда и странно становится, что человек своей практической деятельностью сумел намного более трудные дела решить, добиться таких успехов, которые не так в далеком прошлом, менее сотни лет тому назад казались неосуществимыми. А вот осмысленно объяснить, как и ради чего, ради каких сил природы действует ее творение, не в состоянии. Это касается современной эпохи бурного развития космонавтики, о чем и будет вестись разговор отдельно.
А пока продолжим разговор о сущности самого закона инерции.
Подводные камни закона инерции
Самое главное и самое существенное в данном законе – удивительнейшее свойство материальных тел сохранять долговременное состояние движения в свободном пространстве от кратковременного импульса силы. Разве это не вызывает удивления? Но это настолько обыденная и обычная вещь, с которой человек сталкивается каждый миг, что никто не задумывался над этим. Всякий скажет, что здесь нет чего-то особенного или непонятного. Таково уж свойство материальных тел - последовал бы ответ от каждого, кого бы не спросить.
Но в чем суть этого свойства? Какие законы материи в этом кроются? Это еще тоже загадка и, пожалуй, немаловажного значения. Скажем, свойство воды смачивать одни вещества и растворять их, а от других веществ отказывается и смачивать, и растворять. Здесь объяснение имеется на основе молекулярно-кинетической теории. Примеров таких достаточно, где тела или вещества, или даже явления обладают определенными свойствами, суть которых вполне объяснимо и является исчерпывающей. А вот объяснение этого свойства тел еще не задето.
Не менее удивительным свойством свободно движущихся тел в пространстве - это свойство сохранять прямолинейное направление.
Если бы, допустим, на земной поверхности не было тяготения, но с неизменной средой, мы могли бы наблюдать интересную картину движения тел. Брошенный горизонтально любой предмет, не описывал бы криволинейной траектории и не падал бы так быстро вниз, а долго двигался бы по прямой, постепенно сбавляя скорость через сопротивление и трение воздуха. К конечной остановке он подходил бы довольно медленно, но в неизменном направлении.
Практически прямолинейных движений тел, со скоростью проносимых в свободном пространстве на солидную дистанцию, в природе не существует, особенно на поверхности планетного тела. С какой бы силой ни брошено тело то ли мускульной энергией или при помощи химической, всякого тела траектория будет криволинейна и при чем только в вертикальной плоскости. Конечно, это следствие земного тяготения, которое в любой момент притягивает данное тело к центру тяжести. А если задуматься над такой криволинейной траекторией движения тела с философской точки зрения? Что она собой представляет? Каково ее содержание? Физическое содержание такого движения каждому понятно, но без философского подхода содержание такого понимания далеко не полно.
Криволинейное движение тела в свободном пространстве – это не что иное как непрерывная борьба двух сил, где одна пытается победить другую. Сила земного тяготения – это лишь доля обладателя Вселенной над материальными образованиями. Земному тяготению подвластны все материальные образования, которые находятся в сфере его влияния. Все тела оно пытается постоянно удерживать как можно ближе к своему центру и пользуется наименьшим случаем, чтобы поближе к себе привлечь. Но так как на пути к центру встает непреодолимое препятствие – толща многокилометровая уже ранее собранного вещества в виде сплошного тела – земной коры, а глубже – мантии, любое тело встретившись с таким препятствием переходит в состояние так называемого динамического покоя на опоре. Если же тело по причине каких-то других сил оставляет опору и состояние покоя, земное тяготение с неизменной силой пытается вернуть его в предыдущее состояние – вынужденного покоя.
И вот криволинейная траектория движения тела как раз и представляет собой арену борьбы двух сил – постоянно действующей природной и вновь возникшей чаще всего искусственной. Объектом или посредником этой борьбы сил является подвижное тело, как носитель силы.
Как ведется борьба? Здесь в простом содержании достаточно глубокий смысл, хотя акт действия наглядно прост.
Тело двигается по криволинейной траектории. Оно описывает дугу и в каждый последующий миг все ближе и ближе приближается к поверхности земли. Между чем здесь идет борьба, между земным тяготением и движущимся телом или, может, между чем-то другим. Тело по своей природе будучи в движении, пытается сохранить это движение прямолинейным, а земное тяготение препятствует такому движению – отклоняет от прямой до тех пор, пока оно не перейдет в состояние покоя. Тело пытается удержать прямолинейность движения, но не в состоянии и в конце концов покоряется.
Кто кого победил? (Хотя здесь, согласно грамматике, следует задать вопрос: что победило что?) Не задумываясь, мы скажем: сила земного тяготения победила подвижное тело. Верен ли такой ответ?
Возьмем то же тело и запустим в полет его вторично. В этот раз оно дольше удержится в воздухе и прошло более долгий путь. Почему? Оно с большей силой было запущено в полет и была большая скорость его движения – следует ответ. И совершенно верно. Но будет ли такой ответ совершенно полным и исчерпывающим? Это еще не причинность, а всего-навсего переходный этап наследственности. Причинность любого движения тел ведет начало из проявления энергии. А потому, чтобы пробудить тело к движению, требуется полная затрата энергии. Энергия переходит в силу и т.д. Мы снова подошли к тому самому, о чем уже шел разговор раньше.
Действующая составляющая закона механики
Если между движущимся телом на траектории и земным тяготением ведется противоборство, то основной составной частью этого есть только силы. Если земное тяготение называем силой, то противостоять таковой тоже должна быть сила. В науке принято считать: самостоятельно движущееся в пространстве тело обладает энергией. И совершенно верно. Но противоборство между силой и энергией звучит как-то неудобно и неправдоподобно. Не лучше ли считать, что тело обладает энергией, но эта энергия проявляется в виде силы устойчивости? Если на такое согласиться, то логичным будет, если сказать, что инерция – это сила самостоятельно подвижного тела, или просто – сила инерции. В народе такое выражение почему-то лучше прижилось. Сознательно или не сознательно, но по всей видимости, для удобства передачи состояния действительности.
Следующей темой разговора об инерции будем считать необходимым рассмотреть круговое движение тел. Если до этого времени шел разговор только о прямолинейном движении и его изменении на криволинейном, то не меньшего внимания заслуживает и движение тел по кругу. Ведь это тоже движение. Разве здесь есть какое-то отличие принципиальное? Различаются они только по направлению перемещения тел в пространстве. Даже одно и то же тело может двигаться, как по прямому, так и по замкнутому кругу. А потому не менее интересно будет, когда и данный вид движения тел тоже рассмотреть всесторонне.
Прежде всего, ставится цель выяснить, возможно ли применить здесь закон инерции?
Если наукой принято считать закон инерции фундаментальным законом механики, а в эту область физики входит такой раздел как движение тел по кругу, то значит закон инерции тоже имеет какое-то отношение к данному разделу физики.
Быть уверенным, что закон инерции касается только движения тел по прямой, не отыскивается аргументирующих оснований, так как движение остается движением в полном смысле этого слова не зависимо в каком направлении он протекает, по какой траектории и какова форма этой траектории. Вероятно, в науке здесь еще достаточно слабое место. Чтобы не быть голословными, попытаемся рассмотреть пример современности, наиболее значимый в достижении человечества.
Кое-что из движения искусственных спутников и других тел
Начнем словами Виктора Ноевича Комарова, автора книги "Увлекательная астрономия", который довольно точно и правдиво сказал: "Чтобы изучить те или иные природные закономерности, необходимо охватить нашими исследованиями все более и более широкие области, в которых эти закономерности себя проявляют. Отсюда напрямую следует необходимость изучения не только земных, но и космических процессов".
Будем считать, что сказанное для подлинного естествоиспытателя должно стать девизом и методикой. Потому, как себя проявляет закон инерции не только на Земле, но и в космосе, мы и попытаемся рассмотреть, помыслить и сделать надлежащие выводы.
Разговор будет идти о движении искусственных спутников Земли.
В школьном учебнике физики для 8 класса как в наиболее доступном информаторе для широких масс населения о движении искусственных спутников Земли сказано так. "В п.56 мы видели, как движется тело, которому на высоте h над землей придано начальной скорости V в горизонтальном направлении, т.е. параллельно поверхности Земли. Тело описывает особую траекторию – параболу, двигаясь по которой, оно падает на Землю.
Рассматривая такое телодвижение, мы считали, что поверхность Земли плоская. Такое упрощение правильно для сравнительно небольших скоростей, при которых перемещение тела в горизонтальном направлении невелико.
Однако на самом деле Земля – шар. Поэтому одновременно с продвижением тела по своей траектории поверхность Земли немного удаляется от него – рис. 138. Понятно, что можно подобрать такую величину скорости тела, для которой поверхность Земли вследствие ее кривизны будет удаляться от тела как раз на столько, насколько тело приближается к Земле вследствие притяжения к ней. Тогда тело будет двигаться на постоянном расстоянии h от поверхности Земли, то есть по кругу радиуса R+h, где R – радиус земного шара. Рис. 139.
Спутники двигаются вокруг Земли под действием только одной силы – силы всемирного тяготения. Эта сила придает спутнику и всем содержащимся в нем предметам одинаковых ускорений. В таком случае, как уже было сказано в п.54, теряет содержание понятия веса" п.57 с. 133.
Такое же объяснение найдем и в книге Ю.А. Рябова "Движения небесных тел" с. 116: "После того, как любой искусственный спутник Земли запущен, он движется главным образом под действием силы притяжения к Земле".
Можно уверенно сказать, что такое мнение общепринято в науке. Такое упрощенное понятие существует уже несколько веков - еще со времен Ньютона, со времени, когда стало известно о законах всемирного тяготения.
"В математических началах натуральной философии" - пишут В. Григорьев и Т. Макишев - "есть рисунок под №213, заслуживающий внимания тем, что при всей своей простоте он позволяет понять глубокую связь между "земной" и " небесной" механикой. В подписи к этому рисунку говорится: "Брошенный камень отклоняется под действием тяготения от прямолинейного пути и, описав кривую траекторию, упадет в конце концов на Землю. Если его бросить еще с большей скоростью, он упадет дальше".
Продолжая эти суждения, Ньютон приходит к выводу, что если бы не сопротивление воздуха, то при достижении достаточной скорости траектория станет такой, что камень может вообще никогда не достичь поверхности Земли, а станет двигаться вокруг нее, подобно тому, как планеты описывают в небесном пространстве свои орбиты".
"Таким образом – пишет далее В. Григорьев – движение планет, например, Луны вокруг Земли или Земли вокруг Солнца, – это тоже падение, но только падение, которое тянется безгранично долго. Причиной такого "падения", идет ли речь о действительном падении обычного камня на Землю или о движении планет на их орбитах, является сила тяжести".
Раскрыта ли суть механизма во всей его полноте и яркости согласно таким объяснениям? Здесь попросту говоря, сыграла свою роль видимая обманчивость и своей очевидностью заслонила едва ли не самое главное.
Ньютон в свое время был стопроцентно прав и его в этом никто не обвиняет. Но разница между его временем и новыми взглядами на движение тел в пространстве согласно открытым им, законам тяготения и между нашим временем достаточно велика – более трех веков. Неужели за это время наука не развивалась, не обогащалась все новыми и новыми знаниями законов материального мира? Ньютон не владел знаниями законов сохранения, не досконально он понимал и законы инерции. О таком нельзя сказать о современном состоянии науки и ее носителях. А вот толкование о причинах движения искусственных спутников Земли ведется еще по-ньютоновски. И как ни странно, что ревнивое подражание мнениям и положениям почти четырехсотлетней давности, к сожалению, отрицательно сказывается и на современном этапе развития науки особенно в области небесной механики и динамики вообще. Здесь даже очень обширная тематика обсуждений современного положения в механике, о чем коротко никак не скажешь. А если и сказать, то только в общем: недостаточное применение выявленных законов природы и закономерностей для опознания и выяснения тонкостей механизма движения. Движение – это довольно сложная система законов природы, хотя наглядно воспринимается нашими органами как нечто простое и вполне понятное.
Но прежде чем перейти к рассмотрению механизма движения искусственных спутников Земли, по каким законам природы происходит это движение, следовало бы рассмотреть и проанализировать более простые примеры движения с побочным наследством такого.
Физики часто расчленяют полноту целой картины действий и явлений, тесно и неразрывно связанных между собой, на отдельные фрагменты и пытаются дать им объяснение так же отдельно, оторвано от общей причинности, видя лишь одну наследственность, что и приводит к неверным толкованиям и ложным взглядам на окружающие явления материального мира
Хотя такой метод исследования в науке не введен, чтобы начать разговор об одном и, не доведя его до полной законченности, начинать о другом, совсем, казалось бы, несовместимым. Хоть это и затрудняет восприятие и осмысление сущности разговора, но будем предпочитать не подносить готовое на "тарелке", а подводить к возможности самостоятельно сделать вывод из всего сказанного о чем-то одном общем и определяющем даже к тому, о чем еще не велся разговор.
Перевод с Закон інерції -1- чи оправдав він надії наукового світу
Продолжение в Закон инерции -2- невесомость и перегрузка
