«Инерцией называют динамическое состояние тела, на которое подействовала сила и предоставила ему свободное движение в пространстве». Может возникнуть вопрос, почему такая поразительная контрастность в формулировке в отличие от ньютоновской? Почему не упоминается прямолинейность и равномерность движения? Дело в том, что в природе тела двигаются по инерции не только по прямой линии, но и по кривой. А такая формулировка является общей как к телам, движущимся самостоятельно по прямой, так и к телам, двигающимся по кругу.
Инерция и ее основные особенности
«Свойство тела, движущегося по инерции, сохранять состояние движения согласно величине приложенной силы, прямолинейно или криволинейно, если на тело действует другая сила, изменяющая направление движения»
Инерция – это не явление, как об этом говорится в школьном учебнике, а состояние тела, в котором оно находится после прекращения действия на него другого тела – действия силы.
Введенные слова "согласно величине приложенной силы" дополняют содержание сущности инерционного движения. Если приложена малая сила по отношению к количеству массы, тело сразу же прекращает движение и переходит в состояние покоя. И наоборот, если к телу небольшой массы приложена большая сила, оно может сохранять состояние движения во много раз дольше, преодолевая тем самым во много раз большее расстояние в пространстве. Естественное свойство инерционного движения – это прямолинейность, то есть сохранять состояние прямолинейного движения. Но движение по инерции может происходить и по кривой линии, и по замкнутому кругу с сохранением тех же свойств – сохранять состояние движения согласно величине приложенной силы (волчок, маховое колесо и прочее). Здесь уже следует учитывать две разные силы, одновременно действующие на одно и то же тело: а) сила, придавшая скорости телу, б) сила, не зависимая от первой, направленная под углом или перпендикулярная траектории движения и изменяющая направление скорости.
Последняя является тормозной, поскольку ее боковое влияние на инерционное движение забирает долю энергии на непрерывное изменение направления движения.
Сила инерции и ее энергетические зависимости
«Силой инерции называется свойство сохранять движение тела и сопротивляться препятствиям, случающимся на пути его траектории. Сила инерции прямо-пропорциональна произведению массы тела на его скорость. Fin=mV»
Такую формулу (Mv) найдем в 1 части формулировки 2-го закона Ньютона. Выходит, что 2-й закон Ньютона как раз и выражает суть инерции – а именно: ее силу.
В чем состоит суть прямо-пропорциональной зависимости силы к массе и скорости? Очень проста. Чем больше масса тела и чем выше скорость ее свободного движения, тем больше должна быть приложена сила, чтобы произошло такое движение. Какая энергия затрачена, чтобы придать телу движения и переместить на определенное расстояние в пространстве, такой оно и владеет во время инерционного движения.
Откуда и следует суть сохранения энергии. Если тело двигается, то говорят, оно обладает энергией так называемой кинетической энергией.
Откуда оно взяло эту энергию? Эта энергия ему предоставлена силой толчка. А что такое сила? Это образно говоря, переходный мост по которому энергия переходит из одного вида в другой для выполнения работы.
Еще один вариант: «Самостоятельное движение тела после прекращения действия силы называют инерцией». Свойство тел в правило инерции не входит!
Так как всякое правило требует, чтобы его обосновать, закрепить неоспоримыми фактами, то попробуем это сделать.
Попытка обоснования закона инерции
Но для начала необходимо проанализировать существующие взгляды на такое движение на основе заученного правила инерции Ньютона.
Один из авторов книги по астрономии задает вопрос "бывает ли в природе движение по инерции?" И после рассмотрения конкретного примера приходит к выводу: "Если стать на абсолютно суровую точку зрения, то вряд ли вообще в природе можно указать хотя бы один случай движения по инерции в чистом виде, в точном соответствии с первым законом Ньютона. с 69".
Но не менее интересно, какой же пример он рассматривал, чтобы прийти к такому выводу. "На всю жизнь - пишет он, - запомнился мне назидательный случай. Я тогда учился в школе, кажется в 8 классе, и мы проходили на уроках физики три закона Ньютона.
На заключительное занятие наш учитель, человек изобретательный и отлично знавший физику, пришел с проекционным фонарем и коробкой диапозитивов.
– Сейчас я буду показывать картинки – сообщил он. - На них изображены разные ситуации. А вы должны в них внимательно всматриваться и говорить, какой из трех законов Ньютона у них проявляется. Начнём...
На экране появилась первая картинка. Бегущий мальчик зацепился за камень и стремительно падает, выставив вперед руки.
– Итак, о каком законе Ньютона идет речь?
– О первом! – ответили мы дружеским хором.
И у нас были основания для подобного ответа. Дело в том, что за несколько дней до этого нам попалась на глаза объяснительная записка в комплект диапозитивов "Три закона Ньютона". Уже не знаю, кем она была составлена, но в аннотации к номеру первому - "мальчику падающему набегу" - говорилось: "Иллюстрация к первому закону Ньютона - закону инерции. Мальчик набегу зацепился ногой за камешек, но верхняя часть его тела продолжает двигаться по инерции. В результате чего мальчик падает". Или что-то там в таком смысле.
- Допустим – сказал учитель. И вызвал меня к доске. Я бодро начал:
- Мальчик набегу зацепился ногой...
– Да… значит первый закон?
Я кивнул.
– Хорошо. В таком случае припомни, как он формулируется.
– Тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не заставляется внешними силами изменить это состояние, – без остановки отбарабанила я ньютоновскую формулировку.
- Правильно... А теперь переведем это на обычный физический язык. Если на тело не действуют внешние силы, то его ускорение равно нулю. Правда ли?
– А покой? – спросил кто-то с места. – Вы о нем ничего не сказали.
- Спокойствие – частный случай движения, когда скорость равна нулю. Итак, о чем говорит и о чем не говорит первый закон? Он говорит только о том случае, когда силы равны нулю. И ни о чем другом! А если силы не равны нулю – первый закон об этом ничего не знает".
Это было что-то новое. К тому дню мы просто старались запомнить формулировку трех законов и научиться решать задачи. Теперь же первый закон Ньютона как бы открылся для нас и с другой своей стороны. Вдруг мы поняли, что падение мальчика на картинке не имеет к первому закону ровным счетом никакого отношения.
И в самом деле, мальчик зацепился ногой за камешек. Ведь это же значит, что на него подействовала сила и в движении мальчика появилось ускорение. С этого момента его движение не является равномерным и прямолинейным... Действительно, первый закон в таком случае ничего сказать не может.
А из этого всего следует важный вывод. О движении по инерции можно говорить только тогда, когда на данное тело не действуют абсолютно никакие силы. Или хотя бы равнодействующая всех сил равнялась нулю.
Довольно часто приходится слышать такие высказывания: "Двигатели выключились, и ракета продолжала движение по инерции", "Шофер затормозил, но машина по инерции продолжала скользить по ледяной поверхности дороги".
Правомерны ли подобные высказывания? Наверное, только в литературном смысле. В действительности же и ракета после отключения двигателей и автомашина после начала торможения двигались ускоренно. В первом случае это ускорение (положительное или отрицательное) ракете придала сила тяготения Земли, во втором – отрицательное ускорение машине придала сила трения между протекторами колес и полотном дороги.
Если стать на абсолютно суровую точку зрения, (повторим, потому что слова из песни не выбрасывают) то вряд ли вообще в природе можно указать хотя бы один случай движения "по инерции" в чистом виде, в точном соответствии с первым законом Ньютона. Ведь на любой объект, где бы он ни находился, всегда действуют силы притягивания множества небесных тел.
Речь может идти в таких случаях, когда допустима известная идеализация, то есть силы, действующие на данное тело, настолько незначительны, что практически не проявляют на его движение никакого влияния и ими можно пренебрегать.
Но и без такой существенной оговорки первый закон Ньютона в природе практически никогда не выполняется - это лишь крайний, предельный… случай ускоренного движения."
Теперь можно сказать от себя. Спрашивается, зачем же этот закон было превозноситься в ранг фундаментального закона природы, когда он совсем далек от нее?
Последствия неправильно сформулированного закона
Отрывок из научно-популярной книги взят не зря. Здесь сказано кратко и конкретно, но об очень многом. Здесь изложена вся суть современного представления об инерции.
И прежде чем приступить к анализу мнений и утверждений, высказанных в отрывке, следует еще раз вспомнить о той "Большой миссии" ученого и учителя, о которой так правдиво сказал Ноберт Винер. "Перед ученым и учителем стоят задачи, выполнение которых необходимо не только для дальнейшего развития нашего общества, но и для самого его существования. Ученый – это стража духовного развития общества, который способствует лучшему пониманию уже известных истин и поискам новых истин и концепций. Задания учителя, соответственно, – передавать как эти новые знания и открытия, так и уже известные истины молодому поколению.
Благополучие и даже само существование человечества зависит от того, насколько искренне и честно ученые и учителя преданы истине".
И вот перед нами яркий пример пренебрежения высокой миссией и учителем, и ученым. Ведь этот ученик, так твердо и убедительно унаследовавший убеждения учителя, впоследствии стал ученым и продолжал его мировоззрение. Просто трудно выразить в сжатой форме сущность причинности и наследственности при такой ситуации. Кто же стал первоисточником укрепления заблуждений – ученый или учитель?
Если условно взять очерченный отрезок времени согласно содержанию рассматриваемого отрывка, то вся вина полагается на учителя. Если этот учитель и изобретательным был, и знатоком физики, то почему он пренебрег аннотацией к картинке и настоял внять свой взгляд? Ведь в аннотации к картинке сказано правду о сути инерции. Кто-то ж думал над такой формулировкой, когда напечатал и распространил по школам. И не без того, чтобы не задумывался над ньютоновской формулировкой и над действительным положением вещей. Видно, с более трезвым взглядом на сущность инерции, когда сделал выбор между сомнением и действительностью. А вот учитель, несмотря на это, придерживался только буквы, чтобы не нарушить их единство в формулировке.
Вот что значит неосмысленное буквоедство. А если придраться к этому термину, то ему вообще не свойственно то, что называют осмыслением. Но и учителя не стоит винить: он верен был своей повинности и хорошо сознавал, что такое закон и последствия его нарушения. Чтобы круг проблемной ситуации не замыкался, получается, что во всем этом виновником является неправильно сформулированный закон, не отражающий действительности. А в тонко сформулированном ложном законе гораздо труднее увидеть истину, чем открыть ее заново.
Если бы, например, пришлось провести всенародный опрос, что такое инерция тел, с приведением конкретных примеров, то в конечном итоге была бы довольно странная картина. В подавляющем большинстве дали бы правильный ответ те люди, которые не заучили буквально первого закона Ньютона – это простые люди, а научный мир не привел бы ни одного примера движения по инерции. Вот что значит неправильно сформулированный закон инерции и его последствия.
Но этого еще мало. Неправильный взгляд на суть инерции, распространяя свои права, влечет за собой неправильный взгляд вообще на движение. Закон есть закон. Не зря же называют его фундаментальным законом.
Применительно к такому положению будет точное выражение Фридриха Энгельса: "От того, что обувную щетку мы зачислим в единую категорию с млекопитающими, - от этого у нее не вырастут молочные железы." ("Анти Дюринг", Госполитиздат 1950 с.40).
Как бы мы ни пытались ньютоновскую формулировку припасовать в виде фундаментального закона инерции к движению тел в природе, никогда не получим желаемых последствий, кроме обратного положения – положения, заводящего еще в более глубокие дебри заблуждения. И первым таковым является понятие об ускорении. Данное понятие приобрело достаточно широкий размах во всех видах движения и даже там, где ему не место.
А древние были все-таки правы
Снова вернемся к диалогу между учителем и учениками. Учитель, убедив учеников в "справедливости" закона Ньютона относительно движения на картинке, делает вывод: "Итак, о чем говорит и о чем не говорит первый закон? Он говорит только о том случае, когда силы равны нулю. И ни о чем другом! А если силы не равны нулю - первый закон об этом ничего не знает".
Спрашивается, где логика? Первый закон – это фундаментальный закон природы движения тел – закон инерции. Инерция – это движение тел. Как же он ничего не должен знать о каком-либо движении, когда оно является фундаментальным, то есть всеобъемлющим? И вот возникает противоречие: либо оно не фундаментальный, либо совсем не относящееся к тому движению, которое побуждается силой. Уместно и здесь спросить: возможно ли движение без приложения силы?
Приведите, пожалуйста, хоть один-единственный пример во всем мире, чтобы произошло движение тела без приложенной к нему силы!
Кто-то из ученых сказал: "Где заканчиваются знания, там начинается вымысел".
Отражение этих слов находим и в диалоге. "Вмиг мы, - продолжает бывший ученик, - поняли, что падение мальчика на картинке не имеет к первому закону ровным счетом никакого отношения. (Заметим, что справедливости ради сказано очень правильно). И в самом деле, мальчик зацепился ногой за камешек. Ведь это же это. означает, что на него подействовала сила и в движении мальчика появилось ускорение".
Вот и на этом термине и его смысловом значении и стоило бы сосредоточить наш разговор как отдельный, потому что несколькими словами об этом не обойдешься. А пока продолжим.
"А из этого всего, – пишет бывший ученик, – следует важный вывод. О движении тел по инерции можно говорить только тогда, когда на данное тело не действуют абсолютно никакие силы".
Как назвать такое утверждение: софизм, антинаучностью, вульгаризацией или просто заблуждением, не в силах подобрать термин.
Где логика? Какое же может быть движение, да еще и движение по инерции, "когда на тело не действуют абсолютно никакие силы"? Почему никто из ученых, так ревниво оберегающих этот закон, сразу же после вывода не подкрепляет конкретным примером как неоспоримым фактом? Это ведь непоколебимое школьное правило и должно касаться не только школьников, но и самих ученых. Ибо негде взять такой пример? Верно. Действительно не откуда его выковырять. То действителен ли такой вывод? Из чего он выводится? Из безграничных просторов Вселенной? А ведь мы ведем разговор о земных делах! Почему бы этим не задуматься сначала, чем говорить о таком?
Повторяем ли заблуждение Галилея, которому были противны истинные убеждения Аристотеля? Мы ведь не железные работы, изготовленные еще Галилеем и запрограммированные им, а самостоятельно мыслящие, разумные существа. Такими выводами, такими взглядами на окружающий мир мы только унижаем достоинство своего разума, своего мышления, а не возвеличиваем его. "Все наше достоинство заключено в мысли. И это она нас возвышает, а не пространство и время, которых мы не в силах заполнить. Будем же учиться хорошо мыслить - вот основной закон морали!" Разве не правду сказал Луи Паскаль?
И еще мало этого. Мы правду пытаемся перевернуть на неправду и убеждаем всех, что белое – это черное, а черное – это белое.
"Довольно часто приходится слышать такие высказывания" Двигатели исключили...
Правомерны ли такие высказывания? Наверное, только в литературном смысле. В действительности и ракета после выключения двигателей и автомашина после начала торможения двигались ускоренно".
Из-за "ускорения" мы еще раз вернемся к этому диалогу между учениками и учителем, между ученым и простым народом.
Что касается приведенных конкретных примеров и их "научной интерпретации", можно сказать лишь несколькими словами Луи Купера: "Наш вывод будет полностью зависеть от выбранной точки зрения". А таковой есть галилеевская точка зрения, выработанная около четырех веков назад.
Что касается терминологии (вместо PS)
Скорость – признак состояния тела.
Инерция – свойство тела сохранять движение.
Инертность – признак свойства сохранять состояние покоя.
Сила - это не что иное, как форма, метод или способ перехода одного вида энергии в другой, если исходить из законов сохранения.
Закон сохранения энергии в механике – это переход энергии из одного вида в другой, то есть переход ее от одного тела к другому что можно изобразить по такой схеме: энергия одного тела (источник, причинность) – сила (способ перехода) – энергия второго тела (наследственность, проделанная работа).
Скоростное движение – признак скорости движения, ибо движение движению неровня.
Перевод с Щодо формулювання Закону в механіці
