Физика движения. Альтернативная теоретическая механика или осознание знания - Александр Астахов

Это противоречие классической модели вращательного движения, связанное с отсутствием радиального движения также не добавляет ясности в современное понимание физической природы силы инерции.

«Обычная» центростремительная сила не может уравновешиваться фиктивной силой инерции в неинерциальной системе координат, равно как реальная сила не может быть фиктивной ни в одной из систем координат. Такое возможно только в абстрактной математической модели механических взаимодействий в современной физике.

Однако на основании абстрактных математических построений нельзя судить о физической природе явления инерции. Если силу, приложенную к опорному телу в соответствии с третьим законом Ньютона, действительно можно отнести к силам инерции, как это часто делают классики теоретической механики (см. выше), то это вне всяких сомнений реальная сила.

Фиктивной является лишь ее математическая модель в неинерциальной системе отсчета, в которой опорное тело отсутствует, а ускоряемое тело движется под действием абстрактной академической силы. В этом случае фиктивная или несуществующая сила инерции формально может быть приложена к ускоряемому телу только для записи условия равновесия ускоряемого тела в неинерциальной системе отсчета.

Таким образом, в современной теории движения применяется математическая модель физически реальных сил инерции, что облегчает формулировку теорем динамики, но вносит путаницу в понимание физической природы формирования сил взаимодействия вообще и сил инерции в частности.

Инерция не может быть реальной только «в некоторых вопросах», если инерция реальна, то она реальна во всех ее проявлениях в физическом мире, а математические абстракции, сформулированные Даламбером, хотя и облегчают написание некоторых уравнений движения, не имеют никакого отношения к физической природе силы инерции.

Принцип Даламбера это только математический прием, который нельзя рассматривать как свидетельство фиктивности реальной силы, которая возникает вследствие инерционного сопротивления физических тел изменению состояния их движения (покоя). Вопрос может состоять только в том, что современной физике неизвестна природа этого сопротивления или явления. Вполне возможно, что это сопротивление связано так же и с истинными силами инерции, т.е. с силами, которые воздействуют на ускоряемое тело со стороны мировой материальной среды в процессе взаимодействия физических тел.

Приведем высказывания Зоммерфельда по вопросам явления инерции. А. Зоммерфельд. Механика. Москва. Ижевск. 2001, стр. 82.:

«Мы вводим ее (силу инерции – авт.) для того, чтобы свести вопросы движения к вопросам равновесия, что часто оказывается очень удобным. Силы инерции хорошо известны нам из повседневной жизни. Приводя в движение тяжелую вертящуюся дверь, мы преодолеваем не силу тяжести или трение, а инерцию двери. Самой известной формой силы инерции является центробежная сила, проявляющаяся при всяком криволинейном движении. Она также является фиктивной силой. …Впрочем, „фиктивная“ центробежная сила проявляется весьма реально, например, в железнодорожном движении. Превышение наружного рельса над внутренним на криволинейном участке пути подбирается всегда так, чтобы при средней скорости поезда равнодействующая силы тяжести и центробежной силы проходила как раз посредине между обоими рельсами. Этим устраняется не только опасность опрокидывания, но также и вредная односторонняя нагрузка одного из рельсов».

В этой цитате из работы Зоммерфельда опять же прослеживается двойственность понятия силы инерции. С одной стороны сила инерции, которая в неинерциальной системе действует непосредственно на поезд, является фиктивной силой. Однако с другой стороны в инерциальной системе отсчета, т.е. в реальном физическом мире эта же сила, которая в неинерциальной системе отсчета вовсе и не существует, приводит к реальному износу рельсов.

Причем смешение понятий идет на совершенно недопустимом с физической точки зрения уровне: «фиктивная» центробежная сила проявляется, весьма реально…». Как может «фиктивная» сила проявляться реально?! Мало кто обратит внимание на кавычки, в которых заключено прилагательное фиктивная, тем более что несколько раньше в этой же цитате прилагательное фиктивная по отношению к центробежной силе употребляется без кавычек.

Наверное, ученым следует выражаться яснее, в науке ребусов хватает и без словесной неразберихи, если, конечно же, у них у самих такая ясность присутствует, в чем, по крайней мере, в отношении силы инерции иногда приходится сомневаться.

Интересна полемика Зоммерфельда на страницах его «Механики» с Генрихом Герцем (стр. 82, 83):

«Удивительно, что Генрих Герц в прекрасном введении к своей «Механике» возражает против пользования понятием центробежной силы: «Мы вращаем по кругу камень на веревке; при этом мы ощутимо воздействуем на камень с некоторой силой. Эта сила непрерывно отклоняет камень от прямого пути; если мы изменяем эту силу, массу камня и длину веревки, то обнаруживаем, что движение камня действительно происходит в согласии со вторым законом Ньютона. Однако третий закон требует наличия силы, противодействующей той силе, которая передается нашей рукой камню. Ответ на вопрос об этой силе противодействия общеизвестен: говорят, что камень производит обратное действие на руку вследствие центробежной силы и что эта центробежная сила действительно точно равна, но противоположна по направлению силе нашего воздействия. Допустим ли этот способ выражения? Будет ли то, что мы теперь называем центробежной силой, чем-либо иным, чем инерция камня?». Зоммерфельд: «На этот вопрос мы должны категорически ответить «нет»: согласно нашему определению (10.3), центробежная сила действительно есть то же самое, что и инерция камня. Но силой, противодействующей силе, с которой мы действуем на камень, или, точнее говоря, на веревку, является тянущее усилие, которое оказывает веревка на нашу руку».

Далее Герц пишет: «Нам не остается ничего иного, как заявить: центробежная сила не является силой в собственном смысле этого слова; этот термин так же, как термин „живая сила“, имеет историческое происхождение, и сохранение его можно скорее извинить соображениями полезности, чем оправдать».

Зоммерфельд: «По поводу этого замечания Герца мы хотели бы сказать, что термин „центробежная сила“ не нуждается ни в каком оправдании, так как он так же, как и более общий термин „сила инерции“, основан на ясном определении. Впрочем, как раз эта мнимая неясность понятия силы побудила Герца построить его „Механику“, освобожденную от этого понятия, которая хотя и очень интересна, но мало плодотворна».

В этой полемике Зоммерфельд противоречит сам себе. Реально руке противодействует вовсе не веревка, а камень, о чем говорит сам Зоммерфельд – «центробежная сила есть инерция камня». Источник силы, воздействующий на руку, неразрывно связан именно с камнем, а не с веревкой. Веревка только передает взаимодействие от камня к руке, т.е. является по сути дела лишь передаточным звеном – пассивной механической связью руки с камнем, которую теоретически можно рассматривать только как некое абстрактное устройство передачи усилия не имеющее собственной массы.

Действительно, масса веревки не только теоретически, но и в реальности может быть бесконечно мала по сравнению с массой камня, поэтому совершенно необъяснимо, как она может воздействовать на руку с тянущим усилием, не имея, ни массы, ни соответственно инерции. Без массы не может быть и силы инерции независимо от того фиктивная она или реальная.

Однако если невесомая веревка все-таки воздействует с тянущим усилием на руку, значит, она сама испытывает воздействие со стороны камня, следовательно, на камень в соответствии с третьим законом Ньютона тоже должна воздействовать вовсе не фиктивная сила. Как эту силу называть, и какова ее природа это уже другой вопрос. Физически это вполне реальная сила, но в классической физике она считается фиктивной центробежной силой инерции.

Утверждая, что на руку воздействует невесомая веревка, Зоммерфельд фактически продляет геометрию камня до руки, т.е. заменяет систему тел камень-веревка на единое эквивалентное тело, непосредственно соприкасающееся с рукой. С таким же успехом можно «продлить» геометрию руки до камня, присовокупив веревку к руке или просто взяв камень непосредственно в руку, и таким образом вовсе исключив промежуточное звено – веревку.