Александр Астахов – Физика. Порядок вещей, или Осознание знаний. Книга 1 (страница 4)

«Являются ли силы инерции реальными силами? Они реальны в том же смысле, в каком являются реальными ускорения в неинерциальных системах координат, для описания которых они введены. Они реальны также и в более глубоком смысле: при рассмотрении физических явлений в неинерциальных системах можно указать конкретные физические последствия действия сил инерции. Например, в вагоне поезда силы инерции могут привести к увечьям пассажиров, т. е. к весьма реальному и осязаемому результату. Поэтому силы инерции столь же реальны, как реален факт равномерного и прямолинейного движения тел в инерциальных системах координат, если отсутствуют „обычные“ силы взаимодействия, как это формулируется в первом законе Ньютона».

Итак, для удобства математического описания ускоренного движения тел в современной физике в неинерциальных системах отсчета вводятся условные фиктивные силы инерции, которые в инерциальных системах отсчета отсутствуют. Однако системы отсчета это только инструменты для математического описания реальной действительности. Фиктивные силы инерции, вводимые в неинерциальных системах отсчета это по сути дела математическая модель реальных сил, порождаемых инерцией в инерциальных системах отсчета.

При переходе в инерциальную систему отсчета фиктивные силы инерции превращаются в «обычные» силы, приложенные к телам, препятствующим движению тел, связанных с неинерциальной системой отсчета. Происходит по сути дела постоянная подмена понятий вполне реальной «обычной» силы, проявляющейся в инерциальной системе отсчета ее математической моделью – фиктивной силой инерции в неинерциальной системе отсчета и наоборот.

В результате, вполне реальные силы по изменению движения или покоя физических тел, которое приводит к реальным физическим последствиям, обеспечивается в современной физике фиктивными, т.е. несуществующими силами инерции! Двойственность понятия инерции в современной физике проявляется уже с первого же определения Ньютона, которое он дал ещё до своего первого закона:

«Инерция или врожденная сила материи, – это сила сопротивления, с помощью которой каждое тело, в какой бы степени оно ни находилось, пытается сохраниться в своем нынешнем состоянии, будь то в состоянии покоя или равномерного движения вперед по прямой линии».

Такая подмена понятий обычных сил и сил инерции, наблюдается у многих авторов. Приведем дословно цитаты некоторых авторов, касающиеся силы инерции.

Н. Е. Жуковский («Теоретическая механика», издание второе, ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ ТЕХНИКО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ МОСКВА-ЛЕНИНГРАД,1952 г., стр. 281):

«Если, например, некоторый шар М (фиг. 232) движется по цилиндрическому своду, описывая круг, то на него действует сила Р давления свода, которая для шара есть центростремительная. Но по третьему закону динамики шар М сам давит на свод с такой же силой N, равной Р. Эта сила N для шара будет центробежной силой инерции, и можно сказать, что свод находится под действием этой силы».

Как видите, здесь Жуковский открытым текстом говорит, что за силу инерции принимается именно ЦБ сила, которая по 3-му закону Ньютона противодействует ЦС силе в ИСО. Фактически это одна и та же сила взаимодействия. Но у Жуковского она меняет свой статус в зависимости от того, с какой стороны на неё смотреть. Одним боком она обычная сила, а другим – фиктивная сила инерции.

Однако, как может шар, являющийся совместно со сводом источником одной и той же силы, воздействовать на свод с силой, которая для него самого якобы не существует? Как можно производить то, что не существует для самого производителя? Это возможно только при искусственном разделении одной общей для всех силы взаимодействия на две разные силы действия и противодействия по фиктивному 3-му закону Ньютона.

А. Зоммерфельд. Механика. Москва. Ижевск. 2001, Задача 3 к главе II:

«II.3. Центробежная сила при увеличенной скорости вращения Земли.

С какой скоростью должна вращаться Земля (тело на уровне её поверхности) для того, чтобы на экваторе сила тяжести и центробежная сила взаимно уничтожались? Какова была бы при этом продолжительность суток?»

Однако, как можно уничтожить фиктивную центробежную силу инерции, которая и так не существует по причине её фиктивности для тела? Очевидно это можно сделать, только уничтожив вполне реальную общую силу взаимодействия, воздействуя на носители поля тяготения. Это свидетельствует о том, что сила взаимодействия одна, общая для всех взаимодействующих тел.

Ещё одни подобный пример приводит Г. С. Ландсберг. «Элементарный учебник физики», Том 1, ФИЗМАТЛИТ. 2004, стр. 267:

«Вследствие вращения Земли на ней также должна наблюдаться центробежная сила инерции (которой мы до сих пор пренебрегали). В §133 мы нашли, что центростремительное ускорение на экваторе равно 0,034 м/с². Это составляет примерно 1/300 часть ускорения свободного падения g. Значит, на тело массы т, находящееся на экваторе, действует центробежная сила инерции, равная mg/ЗОО и направленная от центра, т. е. по вертикали вверх. Эта сила уменьшает вес тела по сравнению с силой притяжения Земли на 1/300 часть».

Как и в задаче Зоммерфельда, приведенной выше, для того чтобы вес тела по сравнению с силой притяжения Земли уменьшился на 1/300 часть необходимо уменьшить на эту часть их общую вполне реальную обычную силу взаимодействия, воздействуя на носители тяготения. Но в этой задаче интересно то, что Ландсберг открытым текстом говорит, что сила инерции приложена именно к самому телу, а не к «верёке» тяготения: «Значит, на ТЕЛО массы т, находящееся на экваторе, действует центробежная сила инерции…». Это к вопросу о двойственности. А за силу инерции здесь опять же принимается именно ЦБ сила, которая по 3-му закону Ньютона противодействует ЦС силе в ИСО.

Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс, ФЕЙНМАНОВСКИЕ ЛЕКЦИИ ПО ФИЗИКЕ, 2. ПРОСТРАНСТВО. ВРЕМЯ. ДВИЖЕНИЕ, стр. 78,79:

«Когда мы держим гантели горизонтально, то никакой работы не производим. Выпрямляя руки в стороны и сгибая их, мы тоже не можем произвести никакой работы. Это, однако, верно только, пока нет никакого вращения! При вращении же НА ГАНТЕЛИ действует центробежная сила. Они стремятся вырваться из наших рук, так что, сгибая во время вращения руки, мы преодолеваем противодействие центробежной силы. Работа, которая на это затрачивается, и составляет разницу в кинетических энергиях вращения. Вот откуда берется этот добавок».

Обратите внимание, что и здесь прослеживается, как минимум словесная путаница. Фейнман чётко указал, что центробежные силы действуют именно на гантели, что противоречит точке приложения фиктивных сил инерции. Это опять же свидетельствует об отсутствии ясного определения силы инерции в современной физике.

Можно привести еще множество примеров двойственного подхода к понятию силы инерции и до бесконечности спорить, о какой системе отсчета идет речь и является ли сила инерции фиктивной или реальной в каждом конкретном случае. Однако однозначный ответ о природе сил инерции у классиков теоретической механики найти вряд ли удастся.

Гулиа Н. В.

Среди современных авторов также нет четкого представления о природе силы инерции, впрочем, как и о природе «обычных» сил. Например, Н. В. Гулиа, являющийся ярым сторонником фиктивности сил инерции независимо от систем отсчета, в которых они рассматриваются в своей книге «Удивительная физика» в главе «Инерция: сила или бессилие?» противореча самому себе, так же дает двойственную оценку силе инерции.

С одной стороны, он категорически отрицает существование силы инерции, причем не только, как математической абстракции, но и как физической реальности. С другой стороны он вынужден, противореча самому себе признавать физическую реальность сил инерции в тех случаях, в которых ее действие невозможно объяснить математической абстракцией. В «Удивительной физике» в главе «Реальны ли центробежные силы?» Гулиа приводит убийственный, по его мнению, пример, подтверждающий именно физическое отсутствие сил инерции в природе:

«Приведем простейший, но, тем не менее, убийственный для этих сил пример. Известно, что Луна вращается вокруг Земли. Спрашивается, действуют ли на нее центробежные силы? Спросите, пожалуйста, об этом своих товарищей, родителей, знакомых. Большинство ответит: «Действуют!» Тогда вы поспорьте с ними, на что хотите и начинайте доказывать, что этого не может быть.

Основных довода – два. Первый: если бы на Луну действовала центробежная сила (то есть сила, направленная от центра вращения наружу), то она могла бы действовать только со стороны Земли, так как других тел поблизости нет. Думаю, что напоминать о том, что силы действуют на тела только со стороны других тел, а не «просто так», уже не надо. А если все так, то, значит, Земля не притягивает, а отталкивает Луну – от себя наружу. Между тем, как мы знаем, существует закон всемирного тяготения, а не отталкивания. Поэтому на Луну может действовать со стороны Земли только одна-единственная сила – притяжения P, направленная точно наоборот – от Луны к Земле. Такая сила называется центростремительной, и она реально есть, она-то и сворачивает Луну с прямолинейного инерционного пути и заставляет вращаться вокруг Земли. А центробежной силы, извините, нет (рис. 54).