Dialog of Simpleton and Expert. Диалог Простака и Знатока.

Посвящается двум уважаемым оппонентам: Аслану и Рику.

(Почти по Галилею. Вместо Симпличио (Простака) и Сальвиати (Самоспасителя) введём Простака и Знатока.)

Имеется свободно падающий на Землю или на любое другое тяготеющее тело лифт.

Наблюдатель внутри лифта – Простак.

Наблюдатель вне лифта – Знаток.

Простак: Я нахожусь в некой инерциальной системе, то есть в системе, где не действуют никакие внешние силы и она покоится или движется в пространстве равномерно и прямолииейно. Все мои приборы это показывают. Вот, я беру гирьку, выпускаю её из руки и гирька повисает в воздухе рядом с рукой. В общем, любые механические или оптические опыты, которые я провожу в своей лаборатории (лифте), показывают однозначно моё нахождение в инерциальной системе отсчёта.

Знаток: Ничего подобного! Вы, Простак, находитесь в падающем в поле тяготения лифте и движетесь с постоянным ускорением. Для Земли оно равно 9.81 метра в секунду за секунду.

Простак: О каком падении вы говорите, если вот эта гирька висит в воздухе без малейшей опоры и никуда не падает?

Знаток: Вся ваша лаборатория, лифт, и все предметы в нём падают на Землю с одинаковым ускореним, независимо от их масс и поэтому, вам кажется, что вы – в инерциальной системе.

Простак: Ничего мне не кажется! Приборы показывают вполне объективно, не кажущееся, а реальное состояние системы – она инерциальна.

Знаток: Поймите, что на все предметы в вашей лаборатории действуют две уравновешивающих друг друга силы: Сила тяготения Земли и фиктивная сила инерции. Они равны по величине и направлены противоположно друг к другу. То есть, равнодействующая этих двух сил на любое тело в вашей системе равна нулю. Поэтому они ведут себя как тела, не испытывающие никаких внешних сил.

Простак. Допустим. А ЧТО скажете вы с ВАШЕЙ точки зрения об этих телах в моей лаборатории?

Знаток: Что на них действет сила земного притяжения и поэтому они все свободно падают в гравитационном поле Земли с упомянутым ускорением свободного падения.

Простак: И всё? И больше НИЧЕГО на них не действует с вашей точки зрения? Но они разные по весу, гирьки, я сам, вот, кирпич, а рядом полкирпича. Значит Земля тянет их с РАЗНОЙ СИЛОЙ! Почему же они висят в воздухе и не падают и при этом С РАЗНЫМИ УСКОРЕНИЯМИ?

Ведь, что такое ВЕС? Это сила, с которой тело притягивается к любому тяготеющему телу. На Земле, вот эта гирька весит килограмм. На Юпитере она бы весила больше. На Марсе – меньше. На Луне – её вес был бы в шесть раз меньше, чем на Земле. И падали бы они на этих планетах с разными ускорениями. Потому, что силы тяготения разные!

Знаток: Совершенно верно. Вес вашей гирьки на разных планетах и на Солнце разный, но МАССА гирьки остаётся одной и той же. А масса – мера инертности тела, то есть мера той фиктивной силы инерции, которая возникает при воздействии на гирьку силы гравитации или любой другой силы. Поэтому её «сопротивление» (инертность) разным силам тяготения будет разным, в точности соотвествующим её весу, и поэтому ускорения в разных полях тяготения будут разными. Известный опыт Этвеша о равенстве тяжёлой (гравитацонной) и инертной масс.

Если поля тяготения разные, то одна и та же масса в них будет двигаться с разными ускорениями свободного падения. Но в любом конкретном поле тяжести все тела, независимо от их масс, движутся с одним и тем же ускорением.

Простак: Хорошо. Но вот вы видите и знаете из тысяч опытов, что все тела падают на Землю с одним и тем же ускорением. Хотя их массы разные, а масса ведь – не только мера инертности, но мера притяжения в тяготеющему телу. Из ваших рассуждений я извлекаю, что масса любого тело совершенно точным образом «сопротивляется» действию силы тяжести так, что ускорение всегда одно и тоже? Растёт масса – растёт и сила приятяжения, но и растёт фиктивная сила инерции (инертность), которая пропорциаональна массе и поэтому все тела , под действием этих двух равных сил падают с одинаковым ускорением?

Знаток: Нет! Это в вашей системе две силы равны, в моей же на вас и все тела в вашей лаборатории действует только одна сила, сила тяготения.

Простак: Но, если в вашей системе на все тела действует только сила тяготения и других сил нет, то в ВАШЕЙ системе разные массы должны падать с разным ускорением в зависимости от их веса! В вашей системе, вы сами только что сказали, на тела действует только сила тяжести и ничего более!

Знаток: Да, нет же! Согласно Второму закону Ньютона, ускорение тела пропорционально силе, действующей на тело и обратно пропорционально его массе. Вот и получается, что более массивные тела обладают бОльшей инертностью и поэтому, несмотря на бОльшую силу, продолжают падать с тем же, одинм для всех, ускорением!

Простак: Простите, но ваши слова значат, что и вашей системе на тело действуют две силы: Силы тяжести и фиктивная сила инерции?!

Знаток. Нет, одна! Сила тяжести! Поймите же, инертность тела обусловлена его массой и по Второму закону Ньютона она … уже объяснил только что!

Простак: Тогда я спрошу у вас, что такое инертность? Разве это не есть именно та фиктивная сила сопротивления любой массы действию ускоряющей её силы.

Есть сила – есть инертность. Нет силы – нет инертности.

В ваших объяснениях инертность у вас становится неким двуликим фантомом. У меня – это фиктивная сила инерции, РАВНАЯ силе тяжести и поэтому… см. выше.

У вас же она становится не силой, пусть даже называемой фиктивной, а вообще ничем, но одновременно, очень даже препятствующей телу набрать любое произвольное ускорение!

Не получается ли, что и у вас на тело любой массы действуют две силы, сила тяжести и сила инерции, которые равны по величине и противоположны по направлению., в точности, как у меня?

Знаток: Поймите же, что, если бы и у меня эти силы были бы равны, то и в моей систе тела покоились бы или двигались бы равномерно-прямолиейно, как у вас. Но у меня-то они ускоряются!

Простак: Но согласно Третьему закону Ньютона, сила действия и противодействия равны и в моей системе это явно наблюдается, причём не мной, а всеми моими приборами!!!

Опять получается двусмысленность с инертностью. У вас Третий закон не работает и поэтому инерция не та, что у меня?

Если масса – мера инертности, то я спрашиваю у вас, что такое инертность? По ващим словам я понял, что это некое СОПРОТИВЛЕНИЕ действующей на тело силе, неважно, тяжести или любой другой. НО ЧТО ТАКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СИЛЕ? Это ДРУГАЯ СИЛА!!!

Знаток: Вы всё запутали и перепутали. Инертность – это сопротивление УСКОРЕНИЮ, а не силе.

Простак: А ЧТО вызывает любое ускорение, как не сила. Если бы не было ускорения, не было бы сопротивления ему, а коль скоро любое ускорение вызывается СИЛОЙ, то и сопротивление ему есть тоже сила. Вы сами эту силу и назвали: Фиктивная сила инерции! Что же здесь я запутал – перепутал?

Знаток: У меня возникло ощущение, что вы, Простак, хотите опровергнуть и Первый и Второй законы Ньютона, казуистически ссылаясь на Третий. Силы действия и противодействия по Третьему закону Ньютона, действительно, равны по величине и противонаправленны, НО ПРИЛОЖЕНЫ К РАЗНЫМ ТЕЛАМ, а не к одному!

Простак: Ничего опровергать я не хочу. Я хочу понять простейшее явление падения тел в поле тяжести Земли с точек зрения обоих наблдателей. Мне представляется, что эти точки зрения ДОЛЖНЫ БЫТЬ ИДЕНТИЧНЫ. Те силы, которые действуют в моей сисетме отсчёта, должны действовать и в вашей! Кстати, с точки зрения основополагающего постулата Общей Теории Относительности, Принципа Эквивалентности, я не столь уже неправ в своём требовании.

Знаток: Силы в инерциальной и неинерциальной системах — РАЗНЫЕ!

Вы ещё пришпильте сюда, к вашим многоумным рассуждениям и Соотношение Неопределённостей Гейзенберга из Квантовой теории!

Простак: Знаток, мы ведь – цивилизованные люди и ведём дискуссию КОРРЕКТНО, без перехода на личности?

Знаток: Прошу прощения, но ваше невежественное упорство вызвало у меня некую утечку отрицательных эмоций сквозь не слишком прочную дамбу цивилизованности.

Простак: Благодарю вас за такую забавную метафору.

Итак, продолжим.

Да я утверждаю, что на падающее с ускорением свободного падения тело сумма сил тяготения и инерции равна нулю.

Поэтому тело и сохраняет такое своё движение.

Знаток: Да вы в своём уме, Простак.? Тело движется УСКОРЕННО ПОД ДЕЙСТВИЕМ НУЛЕВОЙ СИЛЫ??? Так, ЧТО его заставляет ускоряться???

Простак: Ускорение вызывает сила тяготения Земли. Но, как только тело начинает ускоряться, появляется и другая, присущая любому материальному телу сила – сила инерции. Называйте её фиктивной или эффективной, роли не играет. Эта сила тоже действует на ускоряющееся тело и пока есть вынуждающая, ускоряющая сила, есть и сила инерции, ей противодействующая. Общая равнодействующая этих сил равна нулю, но только при ускорении. То есть любое ускорение любого тела порождает препятствующую этому ускорению силу инерции, то, что называют инертностью тела. Некое динамическое равновесие. Схожее с правилом Ленца в электричестве: Любое изменение магнитного поля порождает в замкнутом проводнике ток, магнитное поле которого препятствует изменениям магнитного поля его вызвавшего.

Знаток: Простите, но это бред. Не может тело двигаться ускоренно, без воздействия силы.

Простак: Для вас, Знаток, если равнодействующая сил равна нулю, это неявно означает, что на тело вообще ничего не действует. Математически – это совершенно верно. Физически — нет. Снова: Тело ускоряется некой силой. В ту же секунду появляется сила инерции, сила противодействия, действующая на то же тело. БЕЗ УСКОРЕНИЯ, ЕЁ БЫ НЕ БЫЛО.

Здесь в мышлении физиков произошёл обмен местами ПРИЧИНЫ И СЛЕДСТВИЯ.

Ускорение тела порождает противодействующую ему силу, а не тело движется с ускорением под воздействием нулевой силы.

НЕ тело ускоряется под действием нулевой силы, а равновесие сил возникает при неком ускорении! И только при ускорении!

Возьмём, для примера, вращающийся маховик. Некий двигатель ускоряет его вращение и наступает момент, когда маховик вдруг разлетается. Почему? Потому что центробежные силы инерции, действующие на части маховика преодолели силы молекулярного сцепления в теле маховика, всякие там микротрещины, дислокации, неоднородности, раковины, всё это ослабило силы, связывающие части маховика друг с другом и он разорвался. Здесь роль центростремительной силы играли как раз силы внутреннего молекулярого сцепления тела маховика. На маховик же, на все его части, одновременно, действовала и сила инерции – центробежная. По мере ускорения вращения центростремительная сила оставалась той же – силой молекулярного сцепления, а противонаправленная ей, приложенная к тому же телу маховика, центробежная, из-за инерции росла. Как только центробежная сила оказалась больше, она разорвала маховик и обе противодействующие силы исчезли.

Сила инерции, инертность тела – есть нуль, пока оно покоится или движется равномерно и прямолинейно. Инертность тела проявляется лишь при ускорении его некой силой. Тотчас появляется и сила инерции, противодействующая этому ускорению.

Когда мы тянем через динамометр с ускорением некий грузик, динамометр показывает некую силу. Что растягивает пружину динамометра? Приложенная сила? Нет! Сила инерции грузика!!! Его масса за счёт инертности «сопротивляется» ускорению и поэтому ОНА, сила инерции грузика, растягивает пружину. Если бы инертности, как некого качества любой массы, у грузика не было, пружина, при нулевой массе самого динамометра не растягивалась бы вообще, с какой бы силой мы ни тянули динамометр.

Знаток: ВНОВЬ! У вас в голове, Простак, полная путанница. Силы действия и противодействия по Третьему закону Ньютона, действительно, равны по величине и противонаправленны, НО ПРИЛОЖЕНЫ К РАЗНЫМ ТЕЛАМ, а не к одному!

В вашем детском примере, ускоряющая сила приложена через пружину динамометра к телу. А сила его инерции – к пружине динамометра!!! Силы приложены к разным телам!!!

Простак: Вы правы в том, что сила инерции грузика приложена к пружине и растягивает её. НО ОТКУДА взялась эта сила? Это же сила инерции самого грузика. Если бы, как я сказал, в самом грузике не появлялась бы сила инерции, на пружину ничего бы не действовало. Сила действия от пружины передаётся грузику и под действием ускорения В НЁМ возникает некая, распределённая по всему его объёму, сила инерции, сопротивляющаяся его ускорению Он, сам грузик – источник этой силы, а точка приложения этой силы – связь пружины с грузиком. Мы должны учесть такую особенность действия сил: Силы локальные и силы распределённые. Поля и инерция – силы распределённые. Они деформации тела не вызывают, ибо однородным образом действуют сразу на все точки тела.

Субстанциальные взаимодействия – силы локализовнные. Они как раз и вызывают деформации, ибо приложены локально к какой-то части тела.

Когда тело падает в поле тяготения, на каждую его часть, на каждый атом действует сила гравитации. Распределённая сила. И каждая его часть и каждый атом обладают массой, инертностью, которая порождает силу сопротивления ускорени. Снова, сила распределённая.

А когда тела соударяются или связаны какой-то механической связью друг с другом – это силы локализованные. Когда мы тянем грузик с ускорением через точку сцепления пружины в грузиком – это сила локализованная, действующая на грузик со стороны пружины. Когда появляется сила инерции, это сила распределённая, но локализующаяся через ту же точку сцепления грузика с пружиной. Но обе силы и тянущая и инерции приложены к грузику!

Знаток: БРЕД НЕВЕЖДЫ! Простите. Не мог удержаться.

Простак: Прощаю. И предлагаю расширенную формулировку Первого закона Ньютона, которая как частный случай включает в себя и его оригинальную формулировку..

Расширенный Первый Закон Ньютона.

Тело сохраняет состояние покоя или движения до тех пор, пока на него не действуют никакие силы или соотношение действующих сил не изменится.

Простак и Знаток хором: Благодарим читателй за терпение!

………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

Знаток: БУУУУУМ! Сообщаю читателям, что лифт с Простаком (НАКОНЕЦ-ТО!) ударился о землю. Без ненужного лицемерного прискорбия, извещаю, что Простак больше не будет беспокоить нас своими глупыми рассуждениями!

Позабочусь, чтобы на его надгробном камне был высечен этот «Расширенный Первый Закон Ньютона». Как, кажется, у Архимеда или Эвклида.

Мир праху его!

17 IX 2021

P.S. Суть открытия, сделанного покойным Простаком в следующем:

Когда на некое свободное от связей тело начинает действовать сила, оно НЕ ПРИОБРЕТАЕТ сразу ускорение по известному Второму закону Ньютона, равное силе делённой на массу. А в какую-то микро-нано-пико долю секунды оно гораздо больше! Но в тот же момент резко нарастает сила инерции тела, целиком и полностью зависящая от ускорения тела, которая тормозит его и в дальнейшем тело начинает двигаться под действием силы с тем ускорением, которое предусматривается Вторым законом Ньютона. Это состояние некого динамического равновесия двух сил: Толкающей или тянущей его силы и силы инерциального сопротивления. Первая сила задаётся неким внешним фактором. Вторая – только ускорением самого тела. Чем больше ускорение, тем больше и сила инерциального сопротивления.

Упомянутый пример с маховиком.

Центростремительная сила остаётся постоянной на протяжении всего процесса увеличения скорости вращения маховика. Это сила молекулярного сцепления материала маховика. Центробежная же сила инерции растёт с увеличением центростремительного ускорения. Когда она становится больше силы центростремительной – силы сцепления молекул маховика, он разрушается!

Любое ускоренное движение тела есть результат баланса действующих на тело извне сил и силы его инерциального сопротивления, зависящей только от ускорения. При неком данном ускорении они выравниваются и тело продолжает двигаться с данным «дозволенным инерцией» ускорением.

Второй закон Ньютона – есть закон эмпирический. Он констатирует некий опытный факт. Без объяснения, ПОЧЕМУ это так!

Открытие Простака даёт хотя бы частичное «объяснение», ПОЧЕМУ это происходит именно так!

Возможная формулировка Второго закона Ньютона в свете вышесказанного звучит так:

Сила инерции (инертность) тела, движущегося с ускорением «а», пропорциональна произведению его массы «m» и этого ускорения. Любое изменение ускорения изменяет немедленно и силу инерции тела, которая зависит только от него и от массы, и не зависит от действующей на тело внешней силы.

Dialog of Simpleton and Expert. Диалог Простака и Знатока.: Один комментарий

  1. Уважаемая/Уважаемый/Уважаемое/Уважаемые Quipo Food,
    Благодарю за интерес к заметочке столь сугубо физической, хоть и на начальном школьном уровне законов Ньютона.
    Ваш Эспри

    Нравится

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s