Продолжим начатый разговор. О динамическом состоянии тела много написано книг и статей особенно в последнее время – времена бурного развития космонавтики. Каждый автор пытается объяснить, почему возникает невесомость космонавтов после отключения двигателей космического корабля и почему наступает период перегрузки при подъеме или спуске корабля, когда двигатели работают на полную мощность. Вот тут-то и раскрывается полнота картины понимания или непонимания, твердых знаний или ошибочных взглядов, методов и принципов поиска ответа на решение проблемы.
Начало в Закон инерции -1- оправдал ли он надежды научного мира
В качестве примера рассмотрения возьмем отрывки из книг известных авторов, пытавшихся в популярной форме донести до читателя понимание сути динамического состояния невесомости и перегрузки.
Перед ознакомлением с содержанием отрывка задаемся вопросом: можно ли на основе только одного эксперимента делать обобщающий вывод?
Один из авторов-популяризаторов пишет: "В условиях Земли человек чувствует невесомость... (в течение 15-20 мин) корабль движется в условиях невесомости). И только при движении в более густых слоях атмосферы, когда снова становится заметно сопротивление воздуха, которое за несколько минут уменьшает скорость корабля от 8 км/с до десятков метров в секунду, космонавт вновь испытывает большие перегрузки. При спусках космонавты испытывали перегрузки почти в 8 раз больше силы земного притяжения". (С. 135 С.У. Гончаренко).
Все ли здесь разъяснено о сущности перегрузки до малейшей мелочи, то есть сказано так, что даже нельзя было бы задать вопрос как еще что-то непонятное?
Полным ответом будем считать тот, к которому невозможно задать вопрос, или что-то дополнить. В отрывке из книги лишь констатируется то, что есть в действительности, но не о сути самой природы перегрузки.
При рассмотрении вопроса перегрузки, которая происходит согласно второму закону Ньютона, прежде всего возникает вопрос: почему именно тело, которое двигается вертикально вверх в лифте, должно увеличивать давление на опору? Казалось бы, здесь все понятно, если осмыслено применять второй закон Ньютона, с какой силой давит опора на тело, с такой же силой и тело давит на опору. Причина силы давления опоры на тело нам ясна – затрата определенной энергии электродвигателей, приводящих в движение самый лифт, и при чем в движение достаточно скоростное. Разве не одинаково для тела, с какой скоростью будет двигаться опора или медленно, или довольно быстро? Ведь сила тяготения земного всегда остается постоянной, вне зависимости от движения тела и в равной степени действует на него, что в состоянии покоя, что в состоянии движения. Но, как видим, что тело неодинаково ведет себя как при медленном, так и скоростном движении. На большой скорости движения лифта оно вроде бы становится тяжелее.
Если смотреть на такое явление не с механической, а с природной точки зрения, то от чего это изменение зависит: от подвижной опоры, от силы тяжести или, может, от самого подвижного тела?
Кажется, что и на такой вопрос легко найти ответ: все это зависит от характера движения опоры, которая все время находится в поле тяготения. И снова здесь можно подставить второй закон Ньютона. Круг заперся. Но решена ли проблема? Нет. Здесь подозревается поведение самого тела, которое так чувствительно реагирует на изменение скорости. Короче говоря, увеличение давления на опору с увеличением скорости зависит от самого тела. Ведь свой вес оно увеличит только само. Но как это понять и в чем его виновность – вот основное направление в исследовании, чтобы выявить суть такой причинности.
Аналогичны ли причины перегрузки запуска и спуска космического корабля
Но прежде чем приступить к детальному рассмотрению дела "виновности" самого тела и в чем оно состоит, необходимо еще и выявить конкретность характера состояния перегрузки. А для этого следует подумать и посмотреть, можно ли отождествлять в одно понятие "перегрузить" то, что возникает при запуске космического корабля и выводе его на орбиту с возникающим при спуске на Землю? Одинаковы ли эти перегрузки по своей природе? Есть между ними какое-то существенное отличие или нет? Если оба вида перегрузки тождественны, нет необходимости и в постановке таких вопросов. А если между ними существует существенная разница, то обязательно необходимо их осмысленно расчленить и осознать, чтобы идти по правильному пути познания их сущности.
То ли говорим, то ли думаем о перегрузках, мы вполне трезво подразумеваем, что данное состояние возникает и протекает в поле земного тяготения. Известно нам истинное направление его действия. А раз так, то мы и правы будем, если на данное явление будем смотреть не с собственной точки зрения, как нам угодно, а с точки зрения действительного состояния, то есть с точки зрения самой силы тяготения и находить, когда оно причастно, а когда нет. Здесь тонкости причин перегрузки хорошо скрываются, если огульно смотреть как на движение, так и на силу тяготения, в плену которого это движение происходит.
- Причастно ли поле притяжения Земли к перегрузке именно в то время, когда происходит процесс запуска космического корабля и вывод его на орбиту? Конечно, причастно. Ведь такое хорошо объясняется количественной стороной. Выведенные формулы позволяют точно узнавать величину перегрузки космонавтов.
- Причастно ли поле тяготения к возникновению состояния перегрузки в то время, когда происходит процесс спуска космического корабля с орбиты на Землю?
Если придерживаться недавно сказанного тезиса, что любое движение происходит в поле земного тяготения, то и на данный вопрос можно дать утвердительный ответ. Но будет ли так правильно? Нет, неправильно.
Если в первом случае в перегрузке основную роль играло действительно земное притяжение, то во втором роль земного притяжения будет второстепенна и не определяет, то есть земное притяжение не является причинностью возникновения перегрузки. Здесь уже основная роль принадлежит силе инерции тела.
Поэтому о каждом таком виде перегрузок и будет идти разговор в частности, как не о чем-то общем и тождественном, а как об отличном по своей природе, где для каждого существует свой закон и своя причинность.
Второстепенные вопросы относительно понимания причин перегрузки
Следовательно, о причинах возникновения перегрузки, возникающей при движении тела, противоположно направлению действия сил гравитации.
Перед авторитетом убедительных доводов Галилея мы настолько приклонились, что и мысленно боимся заподозрить хоть в чем-нибудь его неправоту. И думаем без оглядки, что все то, в чем он нас убедил есть чистейшая правда – ясная истинность, а то, что говорили древние философы – неправда и заблуждение. Ну что ж, посмотрим, кто прав, а кто не прав. Будем воспользоваться и теориями, и фактами. Будем отдавать предпочтение фактам. А факт - упрямая вещь и правдивая, при том, против которой не попрет лучшая изящная теория.
Естественно, Ж. Фабр, говоря о ценности факта, не имел в виду об установленном законе инерции, но по воли-неволи само по себе напрашивается в применение.
Перегрузка - это одно из разновидностей состояний, в котором находится подвижное тело. Перегрузка – это еще проще говоря, все возрастающее ускоренное движение тела под непрерывно действующей силой, в данном случае реактивных двигателей космического корабля. Перегрузка происходит только в телодвижении. А что такое телодвижение? Задумывался ли научный мир над этой еще не решенной проблемой? С точки зрения физики такое явление достаточно хорошо понятно. А с философско-естественной?
Движение и покой тела (конечно относительные явления) – это две стороны одной и той же медали, то есть два состояния, в которых может находиться физическое тело, согласно возникшим для этого соответствующим условиям.
Если на одной стороне медали очень много написано, то на оборотной только одна отметка. Так же можно охарактеризовать эти два состояния. Если тело находится в состоянии покоя, оно обладает лишь одним свойством в буквальном смысле этого слова. Но когда оно находится в состоянии движения, оно не одно свойство проявляет. С конфигурацией наружного действия, происходят и конфигурации проявления его поведения. Не говорит ли все это вместе взятое, что в самом физическом теле заложены какие-то непонятные еще в совершенстве законы природы, которые и руководят его поведением под действием внешних влияний? Пожалуй, что да.
Какие взгляды на это бытуют сейчас в науке? С.В. Гончаренко в своей книге "Физика для любознательных" делает выкладку об инерции.
"Инерция тел заключается также и в том, что изменение движения тела под действием сил осуществляется не мгновенно, а происходит во времени.
С понятием инерции связано много недоразумений, часть которых прочно укоренилась и стала уже традиционной. Возможно вследствие того, что довольно часто в быту, а иногда и в науке термином "инерция" или "инертность" обозначают лень, дряблость, пассивность и т.п. довольно популярно рассуждения, что инерция тела будто отражает его пассивность, неуступчивость или даже сопротивление действия силы. На основе того, что массивное тело труднее сдвинуться с места, чем тело малой массы (даже при отсутствии трения), а если массивное тело двигается, то его труднее остановить или изменить его движение, делают вывод, что массивное тело сильнее сопротивляется действию сил, чем тело с меньшей массой.
Такие рассуждения на первый взгляд кажутся достаточно убедительными, но на самом деле являются поверхностными и извращающими точный смысл механики. Очевидно, определенную роль в таком толковании понятия инерции сыграло употребление не совсем удачных выражений Ньютоном. Согласно учению Ньютона, каждому телу присуще упорное стремление к сохранению состояния покоя или такое же упрямое стремление к сохранению равномерного и прямолинейного движения. Однако такие ошибочные утверждения можно встретить довольно часто в художественной литературе” (с.46).
Спрашивается, кто же мутит воду? Кто же эти ложные утверждения выпячивает как истину, а истину называет ложным взором. Ньютон, или автор приведенного отрывка из книги?
А что касается терминологии слов "инерция", "инертность" следует поговорить отдельно, как об одном небольшом тормозе в науке, но большого значения.
Приведем пример еще одного суждения по поводу ньютоновского взгляда на материю и ее свойство из книги Б.Г. Кузнецова "От Галилея до Эйнштейна" с 56. "В третьем определении Ньютон говорит: Врожденная сила материи есть присущее ей свойство сопротивляться, согласно которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно представлено само себе, удерживает свое состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения".
Какие же замечания по поводу такого определения формулировки дает Кузнецов?
"Следует подчеркнуть, - пишет он, - что эта формулировка вовсе не совпадает с принципом инерции, в частности с первым ньютоновским законом движения. Здесь речь идет не о движении, а о материи, о ее природе и ее неотъемлемом динамическом свойстве. Инерция в смысле сохранения скорости прямолинейного равномерного движения была достаточно четко сформулирована до Ньютона. Здесь подчеркивается другая сторона дела: свойство сопротивления есть врожденное свойство тела не только сохранять, но и удерживать свое состояние".
Если так, то спрашивается: какая же разница между понятием материя и тело? Разве это не одно и то же? Если мы говорим о теле, то понимаем под этим термином как некое материальное образование. Если же говорим о материи и имеем в виду о ее динамическом состоянии, то ли покоя, то ли движения, то опять же понимаем не всю совокупность форм материи Вселенной, а какое-то отдельное четко вообразимое или известное для примера тело.
Если Ньютон употребил термин "материя", то это не значит, что он не имел в виду какие-либо физические тела с присущими им природными свойствами.
Если мы говорим или формулируем первый закон Ньютона о движении, то опять же даже в своем воображении воспроизводим некий предмет – тело, лежащее неподвижно или проносимое перед нашим мыслимым взором.
Так почему же не совпадает ньютоновская формулировка с его первым законом – с законом инерции? Ответ один: не осмыслено то, о чем хотел сказать Ньютон. И кое-кто эту неосмысленность пытается изо всех сил защитить, опираясь на ту же формулировку первого закона Ньютона.
Интересно, что иногда сам Ньютон выдвигал вполне правильные тезисы на основе наблюдений, но не вникал в их суть глубокомысленно, что и приводило к неверным толкованиям и разъяснениям этих тезисов. О таком можно говорить по поводу другой темы. А пока остановимся на его правильном понимании свойств материи при разных условиях ее существования.
Любому физическому телу, как реально существующему материальному образованию свойственна сила сопротивления при переходе из одного состояния в другое. Это не зависит от нашего желания, чтобы оно было так, а не по-другому. И как бы ни старались механики современные и вообще последователи Галилея доказывать даже самыми изощренными хитроумными отрицаниями истинности бытия, всегда будут обречены на провал, если не будут идти с непоколебимыми законами материального мира. А причиной такого положения является, прежде всего, посылка на неправильно сформулированный закон инерции, явно противоречащий действительному состоянию окружающей нас природы.
Разве это неправда, "что массивное тело труднее сдвинуться с места, - как об этом пишет Гончаренко, - чем тело малой массы (даже при отсутствии трения)"?
Так почему же тогда неправильно "делают выводы, что массивное тело сильнее сопротивляется действию сил, чем тело с меньшей массой"? Уже более очевидно и не может быть, чтобы так убедительно говорило само о себе. Да и сам Гончаренко двусмысленно замечает, что "такие соображения на первый взгляд кажутся достаточно неубедительными". Однако он в эти убедительные доводы вовсе не желающий верить и воспринимать по реальному, ибо "на самом деле являются поверхностными и извращающими точный смысл понятий механики". В этом случае он находит свое оправдание. Уже стало известно, какое значения имеют эти законы механики.
Здесь просто напрашивается вопрос по вполне естественным мотивам: кто кого извращает – механика природу или природа механику? А последующее, относящееся к первому: что от чего зависит, механика от природы, или природа от механики? Пожалуй, природа от "точного смысла механики", от того, как человек хочет видеть природу в своем понимании. А потому и неудивительно, что всю вину за такое недоразумение переносится на Ньютона, потому что он, мол, "применил совсем не удачное выражение".
Выражение это удачное, но только неудачный толкователь, что не видят кричащих противоречий перед носом. Где логика? Чтобы непосредственно сталкиваться с реальностью, с неоспоримой действительностью и не верить ей, ибо не укладывается в содержание заученных слов кем-то и когда-то давно сказанным.
Народная мудрость утверждает: лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Но у механиков выходит наоборот.
Посмотрим, как Горчаренко пытается защитить точный смысл механики наперекор природе. "Конечно, ни о каком упрямстве, неуступчивости тела действия силы не может и быть речи - уверенно заявляет. Напротив, оно, можно сказать, вполне "послушное" силе: тело приобретает ускорение, как только на него подействует сила. Безусловно, если надо разогнать тело до определенной скорости действием некоторой силы, то на массивное тело придется действовать этой силе гораздо дольше, чем на тело меньшей массы".
Где же самокритичный анализ сказанного? Изложенными словами отражена действительность, в реальности так, как оно есть по сути. Но осмысливалось ли сказанное? Нет. Совершенно не осмысливалось. Сам же автор утверждает то, чему только что противоречил.
Спросить бы самого себя: зачем же прикладывать силу, если любое физическое тело послушно и не обладает естественным сопротивлением, то есть попыткой сохранить свое предыдущее состояние, в котором оно находилось до времени воздействия на него? Если бы тела были послушнее и не обладали таким врожденным свойством, то стоило бы легонько прикоснуться то ли к горошине, то ли до глыбы гранита в несколько десятков кубических метров, как и то и другое помчалось бы в желаемом направлении. Зачем тогда существовала бы сила? И комар мог бы горы переворачивать. А что касается человека, то трудно представить, какие бы он чудеса творил даже без самой современной техники. Хорошая идея для писателя-фантаста.
Но вместо того, чтобы хоть на мгновение задуматься, что такое сила, когда и для чего она применяется, какое практическое значение ее вообще в природе, автор ревниво обращает идею, принятую за истину и прёт против факта.
"Однако это не значит, что массивное тело сопротивляется воздействию на него силы". Просто трудно понять, чтобы еще яснее убедить, что действительно, когда к телу прикладывается сила, то ей отвечает такая же сила сопротивления. Но из самой повседневной практики видно, что побеждает та сила, превосходящая по своей величине супротивную.
Гончаренко вместо осмысления действительного положения вещей при применении силы, вменяет всю вину на время и только в этом видит решение проблемы.
"Всякий физический процесс происходит во времени, но время не является признаком сопротивления". (Для усиления приводит пример о миске борща). Напротив, время как раз и является тем основным мерилом, которое и определяет силу сопротивления к приложенной силе.
После приведения абсурдного примера с миской борща он все-таки отстаивает свою концепцию. "Так же лишено всякого смысла размышление о том, что тело сначала упирается, противодействует действию силы, а затем подчиняется и приходит в движение, продолжая и во время движения упираться в своем "нежелании" двигаться.
Упрямства тела действия на него сил не существует. Напротив, можно сказать, что тела вполне "послушны": тело мгновенно подаётся действию любой силы, если только эта сила не уравновешивается трением, или другими силами, приложенными к тому же телу".
Ну, если уж такое говорить и насаждать свою нелепость читателю, то для общей оценки сказанного, соответствующего термина в лексиконе не существует. Это все равно, что на что-то смотреть совершенно здоровыми глазами и ничего не видеть, а представлять себя Гулливером среди разбросанных лебединых перьев.
Интересно, почему бы не привести конкретный пример из повседневной жизни человека, чтобы он мгновенно переместил грузы или еще что-то. Ведь ничего более убедительного не существует, как сам факт, утверждающий теорию. Теория то есть, а факты к ней отсутствуют. Напротив, факты, о которых пытается объяснить теория, отрицают ее. Явный софизм. А раз так, то одно из двух что-то неверное. А таковым будет не сам факт, а теория. Характерно то, что автор говорит о правде и сразу же ее извращает в неправду как умышленное. И софизм и не софизм.
Автор пытается найти причину, когда не удается сдвинуть тяжелый камень с места совсем в другом направлении, не в природном свойстве самого тела, а в его окружающей среде.
"Если нам не удается сдвинуть с места тяжелое, то это не потому, что он сам упирается, нашим усилиям противодействует, а потому, что нашим усилиям противодействует сила трения. Если бы трение не существовало, то мы могли бы любое тело, каким бы массивным оно не было, самой ничтожной по величине силой разогнать до очень больших скоростей. Для этого потребовалось бы только время".
Однако и здесь конкретного примера не приводится, как именно такое можно было бы осуществить. Не всесторонне к такому утверждению подходил и сам автор сказанного. Если он подразумевал только горизонтальное движение тела по поверхности плоскости, то действительно здесь существует сила трения. Но направление движения предмета может быть каким угодно: под углом к плоскости, вверх. Разве везде существует трение покоя. Можно взять направление, где совсем отсутствует трение покоя, если пренебрегать сопротивлением воздуха, например, вверх или под большим углом к плоскости.
Возьмем в пример десятикилограммовую гирю. Масса ее невелика и вполне послушна в соответствии с нашими мускульными усилиями. Можем ли мы практически убедиться в упрямстве данной массы?
Поднять в десять килограмм гирю может даже школьник, не говоря о взрослом человеке. Если мы можем одной рукой поднять гирю, это уже говорит, что мускульные усилия не уравновешивают ни с силами трения, ни с силой тяжести, а преобладают их.
Но мгновенно ли мы поднимаем гирю, как о таком возможном говорит Гончаренко? Нет, мы поднимаем ее медленно примерно на высоту 1 м.
А вот попробуйте поднять ее на такую высоту мгновенно, сможет ли это сделать даже силач? Нет. Почему? Масса тела, стремящаяся все время к сохранению состояния покоя, действительно сопротивляется и лишь медленно подвергается преобладающим влиятельным силам в определенном пропорциональном отношении во времени. Чем тяжелее тело, тем медленнее мы его поднимаем, ибо превосходящая сила ненамного выше силы сопротивления. И пусть это не удивляет, что менее массивные предметы легче подвергаются действию внешней силы, потому что мы здесь не учитываем кратного отношения приложенной силы к силе сопротивления предмету.
Попытайтесь швырнуть эту гирю, как комок. Удастся? Мы ведь ее подняли. Значит преодолели силу сопротивления состоянию покоя. Так почему мы при таком же приложении усилий не можем гири оказать такое ускорение, чтобы она перешла в состояние самостоятельного движения хотя бы десятка два-три метра прямолинейно. Скажем, что не хватает у нас на это сил. Почему не хватает? А потому, что силу земного тяготения мы преодолели, но кроме силы гравитационной массы, масса обладает и еще свойством сохранять состояние покоя, даже тогда, когда этой массе придано некоторое количество движения.
Если мы поднимали гирю, это еще не значит, что мы придавали ей ускорение такого, чтобы она могла самостоятельно продолжать движение по траектории. Почему для придания телу ускорения, чтобы оно могло перейти в состояние самостоятельного движения - движения по инерции, нужно приложить гораздо больше усилий, чем при обычном медленном движении? Не потому ли, что нужно преодолевать в течение определенного отрезка времени это упрямство до сохранения состояния покоя? Что здесь есть неправильного?
Так что это пустые слова, когда мы думаем, что самой скудной силой можно было бы разогнать до большой скорости какой-нибудь тяжелый предмет. А не можем потому, что существует трение. Трение – это еще не причина, а лишь ширма, прикрывающая наши незнания.
"Довольно часто, - продолжает Гончаренко, - употребляемые термины "сопротивление инерции", "преодолеть инертность тела" и тому подобное не выражают ничего реального.
Сопротивления инерции просто не существует, и надо преодолевать не инерцию тела, а трение покоя, чтобы сдвинуть с места предмет.
Выражение "преодолеть инертность тела" вообще лишено смысла. Инертность (или инерция) является неотъемлемым свойством материи, она присуща всем без исключения телам природы, поэтому нельзя говорить о преодолении этого свойства или о придании ее телу".
Реально или нереально употребляют такие термины уже говорилось. Этот вопрос еще яснее и понятнее станет, когда коснется дело самой терминологии, сшитой на один копыт, на одну ногу.
Смешанное понятие "инерция" и "инертность" и вносят ту неразбериху, которую трудно осмысливать и оперировать фактами, а это все приводит к неверным объяснениям явлений природы особенно в механике.
Перегрузка во время движения – что это?
Таким образом, сколько нужно было, казалось бы, лишнего рассмотрения второстепенных вопросов, чтобы подойти к определению, что такое перегрузка.
Перегрузка - это неотъемлемое врожденное свойство тела пытаться сохранить состояние покоя, то есть сопротивляться действию силы, которая по своему характеру является нарастающей в каждый последующий миг, под действием которой тело не успевает набирать инерционное движение. Это и обосновывается законом инертности. Если на определенном отрезке времени и пути тело приобрело одну скорость и могло бы двигаться уже самостоятельно, на него сразу же действует новая сила еще до большего ускорения. Тело как бы непрерывно сопротивляется такому нарастанию скорости. Естественное свойство ускорения, по-видимому, имеет свой предел, когда постоянно превосходящая сила воздействия на тело и его приобретенная скорость совпадают и уравновешиваются. Это единица ускорения земного тяготения равная 9,8 м/с2. А если действие силы превосходит величину земного тяготения в определенное количество раз, во столько и раз растет сопротивление тела к ускоренному движению. С количественной стороны объяснение найдено.
Это касается перегрузки, возникающей при запуске космических кораблей.
Перегрузка при посадке – это уже другой природы. Тело приобрело скорость и пытается сохранить ее. И вступает в силу закон инерции. И на пути такого движения возникает реакция двигателей торможения.
Если первая перегрузка – проявление силы инертности, то вторая – проявление силы инерции.
В заключение хочется сказать словами арабского афоризма: как много нужно знать, чтобы знать, как мало мы знаем!
Перевод с Закон інерції -2- невагомість та перевантаження
