Александр Астахов – Физика. Порядок вещей, или Осознание знаний (страница 27)

«он же (Даламбер – авт.) не подозревал, что в научном мире еще имеются люди не очень образованные…» (см. выше).

Н. В. Гулиа считает, что инерция связана только с принципом Даламбера и не имеет под собой никакой физической основы. Интересно как грамотный вроде бы человек Гулиа вообще представляет себе силу тяги в отсутствие силы инерции?! Тот же самый автомобиль с двигателем любой мощности никуда не уедет на скользком льду вовсе не, потому что отсутствуют силы трения.

Это, конечно важно, но это только второстепенная причина, являющаяся следствием основной причины, т.к. силы трения в данном случае играют лишь роль посредника между взаимодействующими телами. У спортсмена, бегущего на тренажере «Беговая дорожка» с силой трения ног по отношению к полотну дорожки все в полном порядке. Однако все усилия спортсмена не приводят к его сколько-нибудь заметному перемещению относительно Земли, на которой стоит спортивный снаряд.

Силы трения это только промежуточное звено во взаимодействии автомобиля с Землей, отсутствие которой лишает автомобиль возможности взаимодействовать с инерцией Земли. Точно так же как мешает спортсмену взаимодействовать с инерцией Земли спортивный снаряд «Беговая дорожка». Для создания силы тяги необходимо в первую очередь инерционное сопротивление опорного тела, которого из-за отсутствия сцепления со скользкой дорогой лишается автомобиль и из-за свободного перемещения полотна дорожки на барабанах спортивного снаряда лишается спортсмен.

***

Что же является на сегодняшний день «ясным» определением силы инерции в современной физике, о котором говорит Зоммерфельд? Выше в главе 1.1 приведены мнения классиков теоретической механики, в которых ясно прослеживается лишь их двойственное отношение к явлению инерции. Причём причина двойственного отношения к силам инерции в классической физике состоит ещё и в том, что все материальные тела рассматриваются в ней, как материальные точки.

Если разбить физические тела на отдельные элементы, хотя бы в виде его реальных физических структур, то явление инерции частично можно объяснить и обычными внутренними Ньютоновскими силами. Они не только передают движение ускоряемому телу, но и собственно поддерживают это движение при встрече ускоряемого тела с препятствиями. На двоякое проявление силы инерции указывал еще Ньютон. Он говорил, что сила инерции проявляется как сопротивление и как напор:

«Как сопротивление, – поскольку тело противится действующей на него силе, стремясь сохранить свое состояние; как напор, – поскольку то же тело, с трудом уступая силе сопротивляющегося ему препятствия, стремится изменить состояние этого препятствия».

Таким образом, Ньютон по сути дела допускал, что силой инерции может быть «обычная» сила, с которой одно тело передает свое движение другому телу и одновременно поддерживает собственное движение. Ведь «…стремится изменить состояние этого препятствия» невозможно без стремления поддержать собственное состояние движения. Особенно если учесть, что тело это не материальная точка, а сложная материальная структура.

Как показано выше, сила инерции это скалярное напряжение (F = m * a), которое возникает при любом препятствии движению, и которое тут же исчезает при устранении этого препятствия посредством преобразования напряжения-силы (F = m * a) в новое движение. Так образуется инерционное движение. При этом внутренние Ньютоновские силы поэлементной инерции осуществляют этот принцип на уровне структур вещества и физических тел, а истинные врождённые силы инерции реализуют его на уровне элементарных носителей массы вещества и мировой материальной среды.

Понятие инерции в механическом движении является полным аналогом явлению самоиндукции в электродинамике, которое, по всей видимости, как раз и осуществляется на уровне элементарных масс. Правда, самоиндукция объясняется в классической физике через взаимодействие электронов с электромагнитным полем. Но это уже гораздо ближе к взаимодействию элементарных носителей масс, чем взаимодействие физических тел между собой в виде неделимых материальных точек.

Что же касается точек приложения физически реальных сил, как внутренних Ньютоновских, так и внешних сил инерции, то они, как мы уже отмечали, приложены, прежде всего, к структурным элементам вещества или к элементарным носителям массы каждого из взаимодействующих тел. Поэтому в каждом конкретном случае точка приложения сил может меняться в зависимости от решаемой задачи.

Сосредоточение сил в конкретной материальной точке, как в ЦМ физического тела это только частный случай всех возможных вариантов взаимодействий. Если бы классическая физика рассматривала кинематику движения физических тел не только как движение единых и неделимых материальных точек, то в динамике мы сегодня наверняка уже имели бы более реалистичные представления о явлении инерции.

***

В этом отношении интересен пример равномерного вращения массивного цилиндрического стержня на его поперечной оси. Вращающийся стержень представляет собой единое физическое тело, которое растянуто за счет сил инерции, реально поддерживающих прямолинейное движение по касательной всех его элементарных носителей массы. Сила упругости возникает лишь как ответная реакция на реальное внешнее воздействие поддерживающих центробежных сил инерции.

Причём реальная сила упругости не может противодействовать фиктивным несуществующим силам, как впрочем, и сама упругая деформация не может возникнуть под действием фиктивных несуществующих сил. Прежде чем должна появиться сила упругости, стержень должен быть предварительно растянут вовсе не фиктивными силами.

В реальности центробежных сил инерции легко убедиться, представив вращение цилиндра в виде упрощенной академической эквивалентной схемы. На любом расстоянии по обе стороны от центра вращения стержня, кроме максимального радиуса стержня можно условно математически выделить элементарный объем, на который действуют внешние и внутренние силы:

1. С внешней стороны на элементарный объем действует совершенно «обычная» даже с классической точки зрения сила внешней части стержня, которая для самой внешней части стержня, как это ни парадоксально, с классической точки зрения является фиктивной, т.е. несуществующей силой! Однако если иметь в виду силы инерции поэлементной поддержки, то эта сила является реальной и для внешней части стержня.

2. С внутренней стороны на элементарный объем действует динамически уравновешивающая поддерживающую силу инерции «обычная» сила упругости внутренней части стержня, которая фактически является продолжением обычной поддерживающей силы инерции диаметрально противоположной внешней части стержня, соответствующей внешней части стержня по первому пункту.

Совершенно очевидно, что при равномерном вращении диаметрально противоположные части стержня находятся в состоянии равновесия относительно друг друга и относительно центра вращения, т.к. средняя длина стержня остается неизменной. Следовательно, внутреннюю часть стержня можно теоретически условно заменить академическим невесомым упругим связующим телом, а внешние части стержня считать самостоятельными массивными физическими телами. Из полученной эквивалентной схемы следует, что, каждое из этих массивных физических тел (внешние части стержня) через силу упругости воздействует друг на друга с обычной поддерживающей центробежной силой инерции.

Таким образом, во вращательном движении центростремительная сила упругости обеспечивается фактически «обычной» поддерживающей силой инерции, как ни парадоксально с классической точки зрения это определение по отношению к фиктивной силе инерции.

Поскольку «фиктивная» с классической точки зрения поддерживающая сила инерции реально уравновешивается «обычной» силой упругости связующего тела, то обе силы вполне реальны. Классическая же модель вращательного движения отрицает какое-либо равновесие центростремительной силы упругости и центробежной силы инерции, считая последнюю силу несуществующей фиктивной силой инерции.

Однако сила упругости связующего тела противодействует вовсе не только силе инерции массы покоя вращающегося тела, которую в классической физике принято считать фиктивной, но и его прямому «ударному», воздействию на любой рассматриваемый участок связующего тела, которое сложно считать фиктивным. Приложена «обычная» поддерживающая сила инерции к диаметрально противоположному вращающемуся телу или закрепленному центру. Однако не следует забывать, что центробежная сила инерции приложена также и к каждому элементарному носителю массы самого вращающегося тела.

Если связующее тело считать реальным физическим телом, а не академической невесомой упругой связкой, то поддерживающая сила инерции приложена, в том числе и к каждому элементарному носителю массы связующего тела, являющегося частью единого тела стержня, что и утверждает классическая физика. Однако, поскольку в данном случае связующее тело неотделимо от вращающегося тела, то совершенно очевидно, что поддерживающая сила инерции оказывает вполне реальное действие и на вращающееся тело, ответное связующему телу.

Совершенно очевидно, что при, увеличении скорости вращения, а значит и линейной скорости движения тела по окружности растет не «фиктивная» сила инерции неподвижного с классической точки зрения в радиальном направлении тела. Рост центробежной силы обусловлен, прежде всего «обычной» поддерживающей силой инерции, с которой тело, стремясь в первоначальный момент преобразования прямолинейного движения во вращательное движение удалиться от центра вращения, ударно воздействует на связующее тело.