Такая постановка вопроса у каждого может вызвать нездоровую реакцию, особенно у тех, кому известна семантика этих терминов. Казалось бы, что в наше время - во время бурного развития науки и техники такого положения в науке не должно быть, да и нет каких-то видимых причин о таких недостатках вести разговор. Однако, именно этот бурное развитие, особенно техники и заставляет призадуматься и ближе присмотреться к тем теоретическим основам, которые будто бы способствуют такому бурному развитию цивилизации. Ведь когда внимательнее присмотреться, сопоставить и проанализировать, то сразу становится понятным, как далеко отстает теория от практики.
И где-где, а более всего такое отставание выявлено в теоретической механике - в ее фундаментальных началах. Пока трудно судить о коренной причину такого положения, но факт остается фактом: в первую очередь дает о себе знать догматизм в теоретической механике - в ее самом важнейшем и самом основном разделе - в динамике. И если сказать откровенно, то он еще до сих пор не перевелся с момента своего появления. А возможно и этому кроется причина несоответствия результатов одних и тех же законов в земных условиях и, к примеру, на орбите, в свою очередь ведет к таким неутешительным последствиям?
Чтобы понятнее воспринималось в дальнейшем все то, о чем пойдет разговор, стоит вспомнить о сути этого понятия.
О важности вдумчивого усвоения знаний
Согласно "Словарю иностранных слов", догматизм - способ усвоения и применения знаний, в котором то или иное учение или положение воспринимается как закончена, вечная истина, как догма, применяется без учета конкретных условий жизни, один из видов метафизического способа мышления. Или за Википедией: догматизм - способ мышления, который оперируется догмами и опирается на них. Для догматизма характерны не критичность по отношению к догмам и консерватизм мышления, слепая вера в авторитеты.
Именно такой способ усвоения знаний доминирует в физике, и не только в ней одной.
Элементарнейшие теоретические основы физики молодой человек начинает усваивать прежде всего в стенах школы. Поэтому возможно, в этом есть причина отсутствия по современной учебной программе некоторых спорных, ранее существовавших, законов в учебниках. Но является ли это правильным шагом, хотя факт остается фактом: неверная трактовка законов природы в прошлом отзывается своим результатом в будущем. Для рассмотрения фактов пока что возьмем один-два параграфа из школьного учебника физики 8 класса, на изучении которого выросло не одно поколение строителей "светлого будущего". Имеется в виду учебник авторов И.К. Кикоина, А.К, Кикоина, который выдержал десяток переизданий, но сохранив при этом основные базовые принципы. Обратимся к первоисточникам.
Пункт 36. Второй закон Ньютона (продолжение).
При изучении параграфа 35 "Второй закон Ньютона" учеников подведено к определенному пониманию содержания, сформулированного Ньютоном второго закона механики только в такой форме: "Сила, действующая на тело равна произведению массы этого тела на ускорение, предоставленное этой силой".
Вероятно, что в данной разговоре не следует рассматривать вопрос о том, смогли ли учащиеся понять суть II закона Ньютона, или нет согласно такому толкованию, как это изложено в учебнике и на основе предложенных опытов. Стоит лишь указать, что формулировка закона подано ученикам не полностью и не так, как она была сформулирована самим Ньютоном. Как увидим далее, такая ошибка была допущена нарочито. Станет понятной и причина, почему выпущено ту часть формулировки закона, где говорится об изменении движения тела в направлении действия силы. А это понятие является неотъемлемым от общего смысла закона. Такое крайне необходимо для основательного осмысления взаимосвязи между силой и ускорением в движении тел. Так как целью взято проведения анализа следующему уроку физики после изучения II закона Ньютона, то в основном и пойдет об этом разговор.
Авторы учебника поставили цель углубить усвоения учащимися этого закона на конкретных примерах, взятых из жизни и практики. Имелось в виду и то, чтобы ученики умело применяли полученные знания в практической деятельности, на что и дано соответствующее упражнение. Но сумели авторы учебника достичь поставленной цели? Смогли ли учащиеся 8 класса понять истинный смысл ньютоновского закона? Ответ на поставленный вопрос сама придет после анализа такого учения.
В учебнике говорится так.
"С второго закона Ньютона следует, и это важно понять, что силы, действующие на тело, определяют его ускорения, то есть изменение скорости, а не саму скорость движения тела. Поэтому направление ускорения всегда совпадает с направлением действующей силы. А направление скорости, а, следовательно, и перемещение может и не совпадать с направлением действующей силы. Так, например, сила может быть все время направлена перпендикулярно скорости движения тела. В этом случае тело движется по кругу, а ускорение, так же, как и сила, направлено вдоль радиуса, проведенного от движущегося тела, к центру. Так двигалось тело под действием силы упругости в центробежной машине".
Самая ошибка авторов учебника физики заключается в том, что они начали объяснять содержание II закона Ньютона на телах, движущихся по кругу. Нужно было начинать с уже усвоенных сведений о неравномерном прямолинейном движении тел. И только на фоне уже приобретенных знаний можно было объяснить содержание II закона Ньютона в причинно-следственном аспекте. Необдуманный подход к решению проблемы не увенчал ее, а еще больше усложнил, еще больше завел в заблуждение.
Если II закон Ньютона легко осмысливается на примерах прямолинейного движения тел, то не так уж и легко он может осмысливаться учениками, когда его применять в криволинейном движении без предварительной подготовки. И вместо того, чтобы трудность понимания сути движения тел по кругу сглаживалась и прояснялась действительность все четче, то все это еще в большей степени затрудняется, еще дальше отводится учеников в незнание. А второй закон Ньютона в свою очередь вместо того, чтобы хотя бы по мере своей возможности помог понять истинную суть кругового движения тел, в таком учении выполняет роль противоположного значения. Как видно, укоренились такие представления в науке о движении тел по кругу, которых не одолеет и не обоснует любой из ныне существующих законов механики. И не законы объясняют это движение, а, наоборот, окостеневшие представления о движении тел по кругу берутся объяснять содержание законов механики. Вот и получается, что над чем преобладает. А отсюда и такие последствия получаем. Все достаточно четко выражено в процитированном отрывке из учебника физики. Хотя там и не многословно, зато будет "многоязычно".
Терминология, на которую будем опираться
Думается, что прежде чем начать анализ процитированных мнений, прежде всего нужно договориться о терминологии, которой придется воспользоваться в ходе суждений. Еще в свое время древнегреческий философ Аристотель указывал на то, что "лица, которые начинают обсуждение какого-либо вопроса, должны сначала прийти к согласию относительно используемых понятий, чтобы оба собеседника понимали под ними одно и то же".
В нашей беседе такими понятиями будут: "движение тела", "направление движения" и "направление действия", "сила", "скорость", "ускорение", "центростремительное ускорение" и "центростремительная сила".
Для уверенности можно воспользуюсь определениями из школьных учебников, или из Википедии.
- Движение. Процесс перемещения, изменение положения тела в пространстве относительно других тел; еще называют механическим движением.
- Скорость - физическая величина, соответствующая отношению перемещения тела к промежутку времени, за который это перемещение происходило. Это величина векторная, что имеет значение и направление. В учебниках все те суждения, в которых оперируется термином "скорость", дают ясно понять, что скорость - это то же самое движение тела, только в более интенсивной форме. В общем, термин "движение" и "скорость" по своему значению можно считать синонимами, только с определенным оттенком для удобства воспользоваться тем или иным применительно к содержанию речи.
- Согласно ньютоновской формулировки второго закона механики изменение скорости тела происходит в направлении действия силы. Да и сама практика убеждает, что тело движется в том направлении, в котором действует сила, но никак не наоборот. Так что направление действия силы и направление движения тела всегда совпадают, если не вмешивается в процесс взаимодействия двух тел некое третье, когда направление действия силы может быть под углом к направлению движения тела или наоборот.
- Ускорение. Движение, во время которого скорость за любые равные промежутки времени изменяется одинаково, называют равноускоренным движением. Ускорение движущегося тела называют величину, равную отношению изменения скорости к промежутку времени в течение которого это изменение происходило. Проще говоря, ускорение - это скорость тела в возрастающем темпе.
- Центростремительная сила и центростремительное ускорение. Если обычное ускорение в движении тел тесно связано с понятием силы и немыслимо без нее, то и центростремительное ускорение тоже должно иметь свою силу, которую соответственно называть бы центростремительной силой.
"Центростремительная сила - любая сила, придающая телу центростремительное ускорение."
В учебниках физики упоминается и о такой. Правильнее определения центростремительной силы дано в учебнике физики А.В. Пёрышкина.
"Сила, удерживающий вращающееся тело на круге и направлена к центру вращения называют центростремительной силой." Комментарии здесь излишни.
Теперь посмотрим, как появляется в науке такое понятие, как "центростремительное ускорение". Цитата из этого же учебника.
"По второму закону Ньютона эта сила будет вызывать ускорение тела в том же направлении. Ускорение направлено по радиусу к центру вращения, называется центростремительным ускорением."
В современном виде: "Центростремительное ускорение - ускорение при равномерном движении материальной точки по окружности. Векторная величина, всегда направленная от материальной точки в центр круга."
В учебнике физики для 8 класса И. Киноина, А. Киноина о центростремительной силе не говорится, только дано определение центростремительного ускорения. "...ускорение направлено вдоль радиуса к центру круга. Поэтому его называют центростремительным ускорением."
О втором законе Ньютона на основе движения тела по окружности
Кажется, что нужные понятия в некоторой степени уточнено и уже можно приступать к обсуждению вопроса, как мы объясняем второй закон Ньютона на основе движения тел по кругу. Процитированное будем цитировать еще раз.
"С второго закона Ньютона следует и это важно понять, что силы, действующие на тело, определяют его ускорения, то есть изменение скорости, а не саму скорость движения тела."
О чем это говорит? Как все это понимать? Отражает ли высказано мнение действительную объективность?
Очень правильно сказано о том, что силы, действующие на тело, определяют его ускорение. Непрерывное воздействие силы на тело соответственно и увеличивает скорость его движения. А такое увеличение скорости и принято называть ускорением. И действительно, такой процесс движения тела под действием силы по праву называется изменением скорости. Так что истинность высказанной мысли всесторонне обосновывается. Здесь понятие движения согласуется с понятием силы. Картина причинно-следственного содержания неоспорима.
Но не это важно. Важно то, почему авторы учебника физики правильно высказанную мысль так сразу крутым поворотом хода мысли перечеркивают ее? Почему действующую силу наделяют надлежащей ролью в движении тел и сразу же лишают ее этой роли? Как можно понять оспоренное утверждение? Если сила создает ускорение, то ее признают. Признают ее роль и в изменении самой скорости. Если же касается вопроса связи силы со скоростью, как акта движения вообще, то такого понятия реальности не признают. Спрашивается, а где же берется скорость, если ее не создает та же самая сила, которая создает ускорение? Сама по себе или по чьему-то велению появляется скорость? Или может, любое тело в природе только и выжидает того момента, когда к нему прикоснется сила, чтобы начать самостоятельное движение? И наконец, какое естественное отличие между скоростью и ускорением?
Если так уверенно утверждать, что сила не создает скорости, а только одно ускорение, то почему сразу же не привести хотя бы несколько простых убедительных примеров? Ведь окружающий мир чем-чем, а разновидностью движений не самый богатый ли? Кто сможет привести хотя бы один пример движения тел в природе без вмешательства силы?
А. Франс сказал было так: "Можно верить без всяких оснований, но нельзя сомневаться, не имея на это оснований". Авторы учебника не высказывают своего сомнения, так оно или нет, а сразу категорически отрицают. И перед этим отрицанием еще и предупреждают, что "это важно понять". Вот где яркий пример догматизма! И берет он начало из самого содержания II закона Ньютона. Какую ошибку в формулировке закона было допущено еще самим Ньютоном, такой она и дублируется до нашего времени. Записана в его законе, что действие силы на тело создает одно ускорение, вот и все повторяют так же, приняв это за абсолютную истину. А такое в свою очередь порождает неправильный взгляд на природу движения вообще. И именно поэтому авторы школьного учебника уверяют учеников, что "сила определяет ускорение (изменение скорости) а не саму скорость". Логично? Это касается не только учебника.
Как можно понять такую ситуацию в науке? Не больше и не менее, как народной пословицей: "Ложка дегтя в бочке меда". Есть для вида и не имеется для вкуса. Одним и тем же самым, чем утверждают истину, тем же и отрицают. Как же тогда осмыслит школьник, да и взрослый человек роль силы в движении тел?
Вот как идет развитие мысли в следующих высказываниях после категорического отрицания.
"Поэтому направление ускорения всегда совпадает с направлением действующей силы." (Совершенно верно высказано мнение, потому что отражает действительность). "А направление скорости, а, следовательно, и перемещение может и не совпадать с направлением действующей силы." Опять тот же прием зачеркивания утвержденного.
Тот, кто воспринимает правильно высказанную мысль словами, превращает ее содержание в реальные образы и представляет себе истинную картину бытия с окружающего мира. А как можно представить себе разносторонние направления ускорения и скорости? И как можно было бы смоделировать в своем воображении направления действующей силы, которая одновременно совпадает и не совпадает с направлениями ускорения и скорости движения тела? Как можно было бы смоделировать в своем воображении разносторонность отдельных направлений движения от одной силы: ускорения, скорости и направления движения? Ведь к этому побуждает высказано мнение в последнем предложении? Если в предыдущем предложении сказано, что направление ускорения всегда совпадает с направлением действующей силы, то в последнем говорится прямыми словами, что направление скорости как направление перемещения тела может и не совпадать с направлением действующей силы. Не подводит ли такое толкование того понимания сути дела, что ускорения и перемещения тела - это два разных и независимых процессы движения, направления которых не совпадают? Не заставляет ли такое толкование рассматривать их отдельно, изолированно друг от друга? По всей видимости, оно так и есть. Направление ускорения выражается направлением действия силы, а направление того же движения - скорости и того же перемещения тела может и не определяться направлением действующей силы. Так стоило ли договариваться о смысловом значении терминов и понятий? Ведь там ясно было сказано, что субъект и предикат неразрывны, где предикат без субъекта немыслим. А в учебном учебнике об этом истолковывается в обратном направлении. Разрешено?
Трудно понять непосвященному глубину содержания такого учения.
Как видно, авторы учебника заранее подозревали возможное появлении недоразумений у читателя, а потому и придали этому учению свое разъяснение и так, как это они сами понимают.
"Так, например, сила может быть все время направлена перпендикулярно скорости движения тела. В этом случае тело будет двигаться по кругу, а ускорение, так же, как и сила, направлено вдоль радиуса, проведенного от движущегося тела, к центру. Так двигалось тело под действием силы упругости в центробежной машине."
Согласно такого учения можно понимать, что движение тела по окружности определяется только той силой, которая направлена к центру вращения. Если пресекаться к высказанной мысли в первом и втором предложениях, то получается, что сила, направленная перпендикулярно к скорости, заставляет тело двигаться вообще и по кругу частности. А такое объяснение является совершенно неверным, так как сила направлена перпендикулярно к направлению движения тела, не способствует создании этого движения. Такая сила может только изменять направление скорости, а не предоставлять ее телу. Данное физическое положение известное всем как закон движения и не требует в настоящее время какого-то доказательства или разъяснения истины. Не понимание этого закона или игнорирование им и является прямым поводом к неверным толкованиям о законах криволинейного движения. Отсюда и берет начало путаницы понятий о силе, ее роль и виды. Авторы таких и подобных толкований о криволинейное движение тел не задаются целью самым понять, сколько сил участвует в криволинейном движении и что это за силы по своему происхождению и назначению.
Суть сил - активной и пассивной
Чтобы не смешивать суть криволинейного (кругового) движения тел небесных с криволинейным движением тел земных на поверхности нашей планеты, нужно различать две отдельные силы: одна из них будет движущей силой - это той, которая придает телу поступательное линейное движение, а вторая - пассивная - это та, что меняет прямолинейное (естественное) движение на криволинейное и удерживает движущееся тело на круговой траектории. Ничем эти силы между собой не близки и не похожи, чтобы их можно было отождествлять или принимать друг за друга. Пассивная сила никакого отношения не имеет ни к созданию ускорения, ни к любому другому изменения модуля скорости движения тела, кроме торможения движения. Если она только меняет направление скорости, то это еще не значит, что ей свойственно и менять модуль скорости, то есть создавать ускорение. Если этой силе присуще понятие изменения, то это еще не значит, что им можно подменять другое понятие изменения, не свойственное этой силе. Именно в этом и допущена ошибка, послужившая первым шагом к развитию антинаучной теории о криволинейном движении. Уже лучшего примера такого положения в науке и не может быть, как-то учение, где в равномерном движении тела по окружности находят и "разъясняют" об ускорении. Это уже не ошибка, а заблуждение и достаточно глубокое. Ведь нечто не существующее выдавать за что-то реальное и доводить об этом не только одними словами, а также математическими формулами - трудно найти этому подходящее название.
Такое положение в науке уже не назовешь догматизмом. Это - что-то еще хуже. Нельзя это назвать и софизмом, так как авторы учебника физики не намеренно извращают правду на ложью. Нет, они не пытались завести кого-то в заблуждение. Это - обычное общенаучное заблуждение. Это - паралогизм. Все физики-теоретики придерживаются этой общей мысли. А раз так, то и корешки заблуждение где-то должны быть. В данном случае авторы учебника физики на что-то полагаются, когда так уверенно объясняют о несуществующем центростремительном ускорении. Об этом они сами вот как говорят: "Так двигалось тело под действием силы упругости в центробежной машине".
Значит, для таких утверждений подыскиваются и свои аргументы. Ну что же, и к ним присмотримся.
Чтобы не повторяться в данном анализе об эксперименте движения тел по кругу в центробежной машине, скажем по-другому: все это так, но не так - сходство не означает идентичность.
Демонстрация такого опыта - это не что иное, как попытка чем-либо доказывать или защитить мнимое и несуществующее центростремительное ускорение в движении тел по окружности в земных условиях. Данное доказательство является всего-навсего промежуточным звеном более древней цепочки заблуждений в проблемах криволинейного движения.
Еще во время договоренности о терминологии и соответствующие понятия был приведен пример, откуда берется понятие "центростремительная сила" и на основе чего появляется термин (и только термин!) "центростремительное ускорение". Если тогда о них было просто процитировано из учебников, то теперь придется более подробно о них узнать.
Относительно определения центростремительной силы Пёришкин подходит объективно и вполне логично. В его определении только одно слово таит в себе целое содержание объемного понятия, что представляет собой эта сила. Словом таким будет "удерживает". Что "удерживает", а что "побуждает", то это что термин, то и отдельного значения его содержание. Один указывает на признак пассивной силы, а второй - действующей, активной. Хотя автор учебника дал и правильное определение центростремительной силы, но без какого-либо дальнейшего его развития в этом аспекте.
Совершенно противоположного смыслового значения и содержания приобретает "логично" выведенное им производное понятие "центростремительное ускорение". Хотя ход его суждений и логично построен, но это логика без логики. Это просто некие слова, которые ничего реального, объективного не отражают. Хотя здесь и применено II закон Ньютона, как опору, но это еще не значит, что им утверждена истина. Им, проще говоря, слепо воспользовались.
Второй закон Ньютона говорит лишь о действующей, активной силе действия. О пассивной силу он ничего не знает и не обслуживает такой потому, что пассивная сила никогда не создает сама ни движения, ни ускорения. А в данном случае центростремительная сила как раз и является пассивной силой. Так как в науке нет разделения сил на пассивные и активные, то и авторы учебников под пассивную силу подводят основу роли активной. Таким образом пассивную силу искусственно превращено в действующую (а о действующей и знать нет желания), где уже действительно согласно II закона Ньютона должно появиться ускорения, вызванное действующей силой, не вникая в объективность высказанных суждений.
Мы видим теперь, как легко попасть впросак, а еще легче - в сети заблуждений. И все, казалось бы, правильно, все - логично, а последствия такой логики не те, что надо.
Поинтересоваться бы теперь у сторонников Анри Пуанкаре, которые так ревностно верят в его слова, прав ли он был, когда говорил: (именно поэтому в механике) "нет необходимости, чтобы определение силы объясняло, что представляет сила в себе и она - причина или наследственность движения"?
А в теоретической механике пользуются термином "сила" постольку, поскольку без него нельзя обойтись при формировании ньютоновских законов. До глубины этого понятия и теперь не пытаются докапываться, удовлетворившись последствиями неразрывной связи понятий "сила - ускорение". Нельзя умалчивать и того, что в науке до сих пор нет четкого разделения сил на виды. Наука ограничилась четырьмя типами сил в природе и на этом поставил точку. В теоретической механике силы существуют на правах инкогнито. Хоть без них и не обходится и по имени не называют, но и не замечают их присутствия. А если вынуждены, то лишь одну-единственную. И все ей одной безымянной приписывают свойственно и несвойственное. Так оно и получилось при выводе определения, что называется центростремительным ускорением.
Центростремительное ускорение, а существует ли оно?
Тот, кто впервые подал на свет такую красивую фразу, такое чарующее словосочетание, сам не задумывался над реальностью динамического состояния объективности, которое должно был бы отвечать словесной форме и содержанию. Его, по всей видимости, пленило только содержание II закона Ньютона, при искусно умелой подтасовке так хорошо вписывался в понятие центростремительной силы. Он даже не ставил перед собой проблемы поиска истины: а где же движущееся тело, на базе которого "центростремительная сила будет вызывать ускорение тела в том же самом направлении"?
Такое учение является учением о существовании предиката без субъекта. Не странно ли?
Раз определяется направление центростремительного ускорения, то в том же направлении и должно двигаться какое-то тело, как реальный объект в движении с одной стороны и как реальный носитель самого ускорения - с другой. Короче говоря, в понятии "центростремительное ускорение" должно быть отражено движение тела не по кругу, а движение тела с периферии круга к центру. Если "ускорение направлено по радиусу к центру вращения (называется центростремительным ускорением)", то и тело-носитель этого ускорения должно вместе с ним двигаться по тому же радиусе до центра. (Сколько же тогда тел должно находиться в движении одновременно и в одном месте?). Здесь логика проста: куда иголка, туда и нитка. А у нас получается наоборот: игла в одну сторону, а нить - в другой. Сказочный пошив.
Если ускорение базируется только на скорости движения тела, является его отражением и немыслимо без него, а тело является носителем скорости, а заодно и самого ускорения, то в каком направлении будет двигаться тело, точно в том же направлении и будет направлено ускорение. И - наоборот. Это - закон природы, а не произведение широкодиапазонного воображения человека, которое что угодно может придумать. Законы природы жесткие и однозначные. Как видно, никому не приходило в голову поразмыслить над этой простотой истины, чтобы открытыми глазами увидеть истинную картину движения тел по кругу, а не выдумывать нереально и несуществующее. Случайно мнимое принято за действительное и пошла штамповка таких понятий.
Авторы учебника физики сначала подвели теоретическую основу, как понимать центростремительное ускорение, а для закрепления такой новеллы пример под названием "гигантские шаги". Если, может, кому трудно усваивать это заблуждение на голых словах и на примере центробежной машины, то конкретный пример движения человека на качелях "гигантские шаги" должен немного облегчить.
"Приведем простой пример. На качелях, известных под названием "гигантские шаги", на человека действуют одновременно две силы (см.рис.): сила F1 - со стороны Земли, направленная вниз и сила F2 - со стороны каната, направленная вдоль каната. Под действием этих двух сил "пассажир" движется по кругу вокруг столба, к которому прикреплен канат. Следовательно, ускорение направлено к центру окружности, а не вдоль силы F1 или F2. Из рисунка видно, что к центру круга направлена также сила F, которая равна геометрической сумме F1 и F2. Итак, "пассажир" движется так, будто на него действуют не две силы: F1, F2, а только одна - их равнодействующая F. F = F1 + F2".
Разъяснено просто и понятно, только стоит спросить, правильным будет такое объяснение причин движения "пассажира" вокруг столба. Если, не анализируя, заранее сказать, то чего-то худшего в применении II закона Ньютона для раскрытия причин движения тел по кругу или таким же раскрытием сути кругового движения тел объяснять смысл этого закона и не может быть. Здесь совсем одно с другим не клеится. На этой качели никто и ничего толком не поймет, где и как здесь может быть применен другой закон Ньютона.
Механикам-теоретикам, видимо, очень трудно оперировать понятием силы в логических суждениях, когда таких больше одной. Не потому ли из двух реально существующих, но не похожих между собой сил, выведено одну? А где же тогда еще и третья - реальная сила движения "пассажира"? Ее даже и не упоминается! Такая "геометризация" не всегда дает положительные результаты. Об этом говорит сам пример. На неверно поставленный вопрос не получишь истинной ответа. Так же и здесь. Это своего рода искусственная подтасовка факта, чтобы показать направление центростремительного (несуществующего) ускорение, а не реальной силы, которая в действительности оказывает скорости движения вокруг столба. Авторы учебника видят движущую силу в земной тяготении и в канате. Неправильно.
Если присмотреться внимательно к направлению расположения этих сил по отношению к направлению движения "пассажира" и сопоставить это с уже известным физическим правилом о роли силы, что перпендикулярно направлена к траектории движения тела, то само по себе станет ясно, что указанные на рисунке силы F, F1 и F2 не создают ускорение, не предоставляют телу и толчка к движению. Не предоставляет движения и ново-выведенная равнодействующая F.
О той силе, которой требует II закон Ньютона, в объяснении данного примера совсем не упоминается. Как же тогда можно объяснить применение II закона Ньютона к другим конкретным примерам типа "гигантские шаги"?
Односторонний и необдуманный подход к решению проблемы не приводит к успеху. Однако утверждение эти все-таки стоит рассмотреть, чтобы увидеть лучше их внутреннее содержание и роль в движении тела по окружности. Может, и они о чем-то говорят.
"Под действием этих двух сил "пассажир" движется по кругу вокруг столба, к которому прикреплен канат".
Что можно сказать о высказанном мнении? Она отражает реальность или нет? И да, и нет. Здесь нужен скрупулезный подход к решению проблемы. И прежде всего, глядя, на чем мы будем акцентировать свое внимание и какое значение предоставлять этим двум силам. Перед решением проблемы любому естествоиспытателю следует помнить правило с неписаного закона: не может быть правильным ответ, если не было сформулировано правильной постановки вопроса. Правильная постановка вопроса - это не только ясность проблемы, но и указатель к ней. Нельзя забывать и о причинно-наследственном характере любых явлений природы, а о причинности движения и тем более. Поэтому, чтобы правильно подойти к решению поставленного вопроса движения, прежде всего нужно найти причинность, характер наследственности которой мы в настоящее время рассматриваем. После выяснения и осознания проблемы необходима и соответствующая постановка вопроса перед собой. Например, какое из двух относящихся вопросов мы должны рассматривать в первую очередь, а какое – во вторую?
- Почему "пассажир" движется вокруг столба?
- Почему происходит движение "пассажира" по кругу вокруг столба?
Казалось бы, содержание постановки вопросов идентично и не было бы ошибки дать на них идентичный ответ. И если такого мнения на самом деле придерживались, то допустили бы ошибку и не сумели бы дать полного объяснения. В данном случае ставится вопрос самого движения как процесса перемещения тела в пространстве независимо от его характера и направления. Поэтому сначала следует хорошо уяснить себе, почему происходит движение "пассажира" вообще, а потом уже всесторонне его изучать. Это будет основным и определяющим, а движение вокруг столба по кругу - второстепенным и уточняющим. Здесь одна причина или две?
Если задать вопрос, какова причина движения "пассажира" в смысле перемещения в пространстве, то ответ последует только один: потому, что он бежит и силой своих ног все время отталкивается от пола. Сам процесс отталкивания гигантскими шагами и является причиной поступательного движения. Что здесь неправильно или противозаконно, противоестественно сказано? В наличии причина, в наличии и наследственность этой причинности. Таким образом, ответ на постановку первого вопроса дано полностью согласно формулировки второго закона Ньютона. Здесь действительно можно указать на ускорение.
Ответ на второй вопрос то не является тяжелым. Если в первом вопросе в самой его формулировке сделан упор, почему "пассажир" движется (а не стоит) вокруг столба, то во втором уже спрашивается (как бы на основе уже известной причинности, которая не совпадает с естественной наследственностью - прямолинейностью движения), почему движение "пассажира" происходит вокруг столба, а не по прямой? Чтобы дать ответ и на этот вопрос, тоже должны найти причину изменения направления движения. Такой причиной будет побочное влияние другой силы - силы каната.
Так как веревка прикреплена одним концом к неподвижному столбу, а вторым – к подвижному "пассажиру", то, конечно, что сила прочности каната заставляет движущееся тело менять свое предыдущее направление движения прямолинейное на криволинейное – круговое движение.
Воспользуемся еще раз определением из учебника физики Пёришкина. "Сила, которая удерживает вращающееся тело на круге и направлена к центру вращения, называется центростремительной силой".
Как видим, мы действительно имеем дело с центростремительной силой, но уж ни на какие следы не попадаем, чтобы в соответствии с этой силой было какое-то ускорение. Да и быть такого не может, потому что данная сила перпендикулярна скорости тела. Неоспоримый факт и в том, что тело "пассажира" движется по кругу, а не по радиусу к центру. Нет никаких оснований применять II закон Ньютона к данной центростремительной силе. Хотя эта - центростремительная - сила и действует на вращающееся тело, однако оно не движется в направлении ее действия. А согласно закону Ньютона, тело должно двигаться в направлении действующей силы. Применен может быть к этой силе данный закон механики? Нет, не может быть применен.
Если при одной отдельно взятой силе воздействия на тело возникает направление движения прямолинейное, то для того, чтобы изменить это естественное направление движения на искусственное - криволинейное, одной силы недостаточно. Для этого нужна отдельная и ни в чем не зависящая от первой силы совсем другая сила. Такой второй может быть активная и пассивная. Но чаще всего в природе и в практической деятельности человека выступает пассивная сила, как сила противодействующая. Разве не так?
Если "пассажир" разбегается и пока схватиться за канат, то он движется только прямолинейно. В таком же направлении он двигался бы и еще дальше, если бы закрепленный канат не заставил его изменить прямолинейное движение на криволинейное.
В учебнике физики рассматривается не первый, а второй исследуемое нами вопрос и то с неправильным направлением поиска ответа на основе II закона Ньютона. В этом и основная ошибка по данной теме урока по физике.
О той силе, которая действительно предоставила телу скорости движения вокруг столба даже не упоминается. Вместо нее - действующей - выпячено противодействующую – пассивную.
Удивляет то обстоятельство, что в теоретической науке сложилась какая-то традиция (тоже назвать бы ее догматической), когда для решения какой-то важной научной проблемы обращаются в первую очередь не до мудрого учителя - природы, к многовековому житейскому опыту, к объективной реальности, а к уже давно сформулированных кем-то одним правил, канонов и законов без малейших колебаний и усмотрения, без самокритичной оценки таких. Примеров - сколько угодно, но пока - по теме разговора.
Спрашивается, зачем этой качели дано название "гигантские шаги"? Не потому ли, что при помощи каната человек уменьшает свой вес и может делать большие прыжки, как птица парящий вокруг столба? Что здесь является движущей силой канат или нога человека? Не при помощи каната, а при помощи усилий своих ног он может двигаться ускоренно, обойдясь даже без всякой центростремительной силы. Поэтому не к канату, а к усилиям ног применяется II закон Ньютона.
Данную ошибку повторяет каждый автор, который берется объяснять содержание II закона Ньютона на примере движения тел по кругу.
Теперь уже можно было бы задать вопрос, почему авторы учебника физики не предложили ученикам изучать этот закон в его первозданном смысле.
Если судить только по последствиям проведенного анализа, то можно уверенно сказать, что виновником такого заблуждения в первую очередь был сам пример движения тела по окружности, как неудачно подобранный факт для утверждения самого закона. Это - с одной стороны. С другой - негативное влияние неправильного взгляда в науке на законы криволинейного движения тел вообще и движения тел по кругу частности. А отсюда всякий может сделать надлежащие выводы о вредных последствиях в решении научных проблем на такой основе.
Где же причина ошибочных толкований в теоретической механике?
Что же говорят законы логики по поводу учения о центростремительном ускорении и применения такого для объяснения явлений природы, связанных с криволинейным движением?
Если обратиться к законам логики, то прежде всего они говорят, что в каждой простой мысли, как правило, два основных элемента:
- отображение предмета, носящего название субъекта;
- отражение того или иного свойства предмета, которое называется предикатом мысли.
Если имеет место нарушение этого закона, то никакой другой закон мышления не выступит в защиту неправдоподобности.
При анализе ошибочных суждений о криволинейное движение мы убедились, что имеем дело с субъектом и предикатом, но всегда без их естественной взаимосвязи. Если субъект и предикат - это единое целое и неразрывное, то в рассмотренных примерах криволинейного движения эти два элемента выступают порознь: тело движется по кругу и с равномерной скоростью в одном направлении, а ускорение направлено в другую сторону - по радиусу к центру окружности. Если подходить по-справедливому, то в каком направлении движется тело, в таком же направлении мы и должны отыскивать желаемое нам ускорение, но только не в равномерном поступательном движении. Ведь скорость движения тела по окружности может быть не только равномерной, но и переменной. Движение тела по окружности - это то же самое поступательное движение, это то же самое перемещения тела с места на место, только не по прямой, а по искривленной замкнутой линии.
Как видно, наука еще не выработала какого-то такого удачного понятия, чтобы соответственно было называть и соответственно осмысливать ускорения в криволинейном движении. Принципиально никакой разницы нет в увеличении скорости движения, что по прямой, что по кругу. Относительно этого в науке существует такое разделение - "увеличение угловой скорости" - но это только красивая фраза, как облако без капли дождя.
Кому-то ляпнула в голову "центростремительное ускорение", вот и "центр" оно уже несколько веков в умах доверчивых. Вот что-то сила авторитета!
Конечно, в земной механику это словосочетание пришло с небесной механики. Но ревнивым охранникам такого словосочетания следовало бы знать, что и в небесной механике этому беспредметному возгласу нет места.
А потому, чтобы истолковать полное содержание формулировки II закона Ньютона авторы учебника физики для учащихся 8 класса должны были показать направление ускорения по ходу движения, а заодно и выявить реальную силу, согласно которой "пассажир" в первую очередь двигался вообще, а потом уже выявлять причину, почему его движение было не по прямой, а по кругу. А такое в науке пока-что не принято считать чем-то реальным и серьезным, потому что с этим не согласуется ныне существующий закон классической механики.
Вот и возникает вопрос: кто же является причиной такого ошибочного толкования содержания фактов? Авторы учебника? Формулировка ньютоновского закона механики?
Авторы учебника здесь ни при чем. Не их вина. Они только отражают действительное положение теоретической механики сегодня, руководствуясь общепризнанными и общепринятыми и веками утвержденными законами Ньютона. По сути дела, виновником является сама формулировка ньютоновского закона, так как она говорит лишь об одном: о связи силы с ускорением и только с ускорением, не признавая связи силы с разновидностью движения вообще. А отсюда и получается, что II закон Ньютона применяется только там, где есть реальное ускорение. Только там, где происходит равномерное движение, да и еще к тому прямолинейное, то о котором берется объяснять I закон Ньютона. Достаточно противоречивый разделение! А как же быть и к какому закона механики относить обсуждения такого движения, где необходимо воспользоваться терминами "движение", "скорость" обязательно применимыми к реальным явлениям природы! Не эта ли ситуация заставила последователей Ньютона отделить понятие "скорость" от "ускорение", направление поступательного перемещения тела от направления действующей силы в криволинейном движении? Не все ли это вместе взятое заставило стать явно вопреки содержания самой формулировки этого же закона уже хотя бы по поводу реального ускорения, содержание которого они пытаются истолковывать?
Перевод с Догматизм, паралогізм чи софізм, або – навіщо перекручувати закони природи
