Физика. Порядок вещей, или Осознание знаний

1.2.6. Заключение по явлению инерции

В заключение подраздела о механизме явления инерции разберём два примера, приведённых классической физикой в лице профессора Н. В. Гулиа. Эти примеры призваны, по его мнению, окончательно убедить всех в нереальности сил инерции. Профессор Гулиа в «Удивительной физике» в главе «Инерция: сила или бессилие?», негодуя по поводу довольно часто встречающегося даже в науке мнения о том, что сила инерции является реальной силой, относит это к несуразным казусам, и приводит пример одного из таких, по его мнению казусов:

«Но и при обычном прямолинейном движении таких казусов сколько угодно, и свидетелем одного из них был автор. Дело происходило на защите кандидатской диссертации по теории автомобиля. Молодой диссертант делал доклад по работе, пользуясь формулами, написанными на плакатах. Естественно, диссертант воспользовался принципом Даламбера, по-видимому, даже не подозревая об этом. И уравнение тягового баланса ускоряющегося автомобиля он записал в том виде, как это делается и в большинстве учебников:

Рk (сила тяги) = Рf (сила сопротивления качению) + РV (сила сопротивления воздуха) + Рj (сила инерции).

Шутник – член Ученого Совета – спрашивает диссертанта:

– Вот у вас сила тяги равна сумме всех сопротивлений. Стало быть, автомобиль находится в равновесии, он неподвижен. Почему же вы говорите, что машина разгоняется?

Диссертант долго думал, а потом не нашел ничего лучшего, как сказать:

– Это только теоретически – в равновесии. А на самом деле сила тяги чуть-чуть больше сопротивления, вот он и движется!

Хохот был такой, что проснулись даже обычно спящие члены Совета. А правильный ответ должен быть таким:

– Сила инерции фиктивная, несуществующая. Она добавлена согласно принципу Даламбера для облегчения решения задачи (рис. 44). И вся разница между силой тяги и силами сопротивлений идет на разгон автомобиля, вот он и ускоряется! Но разве виноват диссертант, что он учился по учебникам, где все те же ошибки. Не понимают многие инженеры принцип Даламбера, вот и «оживают» несуществующие силы инерции!»

Хорошо хоть Гулиа сам признал, что силу инерции считают физически реальной не только неграмотные изобретатели инерцоидов и другие неграмотные люди, которые не читали учебников. Оказывается «все те же ошибки» можно почерпнуть и из самих учебников, как говорит сам Гулиа. Надеемся, что после этого автора не будут обвинять в голословности, по поводу его мнения о том, что в современной физике существует—таки двойственное понятие силы инерции и в том, что, заявляя об этом, он якобы просто не правильно истолковывает работы классиков теоретической механики: «Каждый видит в книге свою фигу». В этом автора обвинили на известном физическом форуме МГУ.

Однако оказывается, современный нам и достаточно известный в мире науки профессор классической механики тоже признает, что в учебниках по этому поводу нет исчерпывающей ясности. Правда сам Гулиа двойственность понятия инерции категорически отрицает и никак не хочет признать, что в реальной действительности все—таки «оживают» несуществующие силы инерции», а точнее сказать живут в ней постоянно с самого сотворения нашего мира, если, конечно же, таковое когда—либо было. Гулиа никак не может понять, что абсолютно все силы в природе возникают исключительно только, благодаря явлению инерции. Свойство материи преобразование напряжение—движение это и есть инерция, которая в современной физике ошибочно воспринимается, как противодействие движению при его возникновении и противодействие торможению движения.

В реальной действительности противодействия нет. Есть естественное превращение (преобразование) силы (напряжения) в движение. При этом напряжение расходуется, превращаясь в движение. Поэтому даже без учёта сопротивления мировой материальной среды поддерживать даже неизменное ускорение возможно только за счёт непрерывного пополнения расходуемого напряжения. Формально сила при этом не меняется по абсолютной величине, что связано с классической моделью неуравновешенного движения, в которой источник постоянной силы академически движется синхронно с ускоряемым телом, не неся затрат на собственное ускоренное синхронное с телом движение.

В реальной действительности для получения новой порции даже неизменного ускорения, после превращения в него затраченной на него силы, необходима и новая сила. Об этом свидетельствует непрерывный рост кинетической энергии ускоряющегося тела, несмотря на видимую неизменность силы и ускорения. Неизменна только мгновенная абсолютная величина напряжения-силы. А её количество при этом непрерывно пополняется взамен израсходованного, и эквивалентно это количество – количеству вновь вкладываемого в разгон ускоряемого тела – движения ответного тела. А принцип Даламбера не позволяет увидеть эту реальную картину, такого равновесного внешне, но такого не равновесного по энергии движения!

Постоянство силы для неизменного ускорения ускоряемого тела обеспечивается в процессе регулирования взаимодействия. Но запускает такое регулирование только большая по абсолютной величине неуравновешенная сила опорного тела по сравнению с постоянным в среднем значением силы в процессе регулирования. Мы уже не говорим о прямом сопротивлении мировой материальной среды, на преодоление сопротивления которого также расходуется напряжение взаимодействия. Поэтому раз уж автомобиль движется ускоренно, то «сила тяги…» действительно «…чуть—чуть больше сопротивления, вот он и движется».

Таким образом, ответ диссертанта, пусть неосознанный и интуитивный, гораздо ближе к истине, чем мнение Ученого Совета, основанное на «голой» математике Даламбера. Поэтому, скорее всего, уважаемые члены Совета в конечном итоге смеялись и до сих пор смеются над самими собой. А вот ответ Гулиа, заключающийся в том, что сил инерции в природе физически не существует, является абсолютным казусом. Его «Удивительная физика» воистину удивительна и необъяснима!

***

Есть ещё один пример неправильной интерпретации явления инерции профессором Гулиа Н. В. Будучи ярым противником реальности сил инерции, профессор Гулиа в «Удивительной физике» в главе «Кто стоял на плечах гигантов?» пишет:

«По прекрасному ровному шоссе едет автомобиль с выключенным двигателем (как говорят, «накатом»), медленно сбавляя скорость. И ревя двигателем от натуги, бульдозер тащит перед собой целую гору песка, но движется равномерно и по прямой, хотя и медленно (рис. 26). Которое из этих движений можно назвать движением по инерции? Да конечно, второе, хотя так и хочется указать на первое. Самое главное, что тело движется равномерно и прямолинейно. Все, этого уже достаточно, больше ничего и не нужно. Автомобиль в первом примере хоть и медленно, но замедляется. Следовательно, силы, действующие на него, не скомпенсированы: сопротивление есть, а силы тяги – нет. А на бульдозер действует много тел, каждое со своей силой, но все силы скомпенсированы, их равнодействующая равна нулю. Вот почему он и продолжает двигаться равномерно и прямолинейно, то есть по инерции.

Рис. 26. Движение автомобиля накатом и загруженного бульдозера»

Именно этот пример привел Гулиа, делая свое уточнение к классической формулировке первого закона Ньютона (см. выше). Однако:

Во—первых, не бульдозер движется равномерно и прямолинейно, а система тел «бульдозер – гора песка», поэтому заострять внимание на множестве абстрактных сил, действующих на бульдозер при равномерном движении всей системы «бульдозер – гора песка» физически не корректно. Если внутри системы все силы скомпенсированы, то для движения системы в целом они фиктивные, т.е. на систему «бульдозер – гора песка» не действуют никакие силы. Это намного ближе к определению равномерного движения Ньютона, чем представления Гулиа.

А во—вторых, о непричастности первого закона Ньютона к движению по инерции в отсутствие мировой материальной среды мы уже говорили выше. Движение при полном отсутствии сил не может быть физически отнесено к движению под действием сил инерции, т.к. «ничто» (фиктивные силы инерции) не может являться смыслом или основой «чего—то» (движения). Такое движение, как мы отмечали выше, в лучшем случае происходит под «охраной» сил инерции, возникающих только при нарушении равномерного движения в соответствии со вторым законом Ньютона (см. гл. 1.1).

С точки зрения существующей теории движения система «бульдозер—гора песка» движется под действием абстрактной академической силы тяги, поэтому сам процесс формирования силы тяги бульдозера за счет его взаимодействия с Землей в существующей математической модели движения не рассматривается. Для современной теории движения достаточно того, что абстрактно назначенная сила тяги просто есть. То же самое можно сказать и о силе сопротивления движению системы «бульдозер—гора песка». В существующей математической модели движения она также никак не связана с инерцией Земли. Это просто абстрактная сила сопротивления, образующаяся за счет сил трения с абстрактной дорогой.

Вот и получается, что в классической физике абстрактной силе тяги противодействует такая же абстрактная сила трения. Однако в реальной действительности без истинных сил инерции не может возникнуть, ни сила тяги бульдозера, ни сила трения горы песка. При этом в реальной действительности противоположно направленные сила тяги и сила трения уравновешивают друг друга не в каждый момент времени.

Опорным телом для движения системы бульдозера является Земля, с которой он взаимодействует посредством контакта с дорогой. Через силу тяги, бульдозер фактически периодически подключает к взаимодействию массу всей Земли. Это позволяет ему получить во взаимодействии с Землёй силу тяги и ускорение, необходимые для преодоления сопротивления массы горы песка и её трения с Землёй. Однако при разгоне системы трение горы песка увеличивается, т.е. она со своей стороны так же подключает к взаимодействию дополнительную массу Земли. При этом скорость системы падает, а затем, поскольку это приводит к уменьшению трения, вновь возрастает под действием силы тяги бульдозера.

Таким образом, за счет силы тяги бульдозера, взаимодействующие стороны: подсистема «бульдозер – гора песка» и Земля периодически разгоняются, а за счет дополнительного сцепления горы песка с Землёй, возрастающего при ускорении, и подключения дополнительной инерционной массы Земли в обратном направлении вновь тормозятся. Это и есть отрицательная обратная связь, без которой никакое регулирование, в том числе и равномерного движения в присутствии реальных сил не возможно.

Такое регулируемое движение вряд ли можно считать равномерным движением в отсутствие сил. Оно равномерное в среднем, и силы в нём отсутствуют так же только в среднем. Так что ответ на вопрос о том, какое из движений в приведенном примере является движением по инерции, не так прост, как это предлагает считать профессор Гулиа, который утверждает, что для этого достаточно только факта равномерного и прямолинейного движения:

«…Самое главное, что тело движется равномерно и прямолинейно. Все, этого уже достаточно, больше ничего и не нужно…».

Неравновесное движение автомобиля «с выключенным двигателем» отличается от движения подсистемы «бульдозер – гора песка» с работающим двигателем только не симметричным регулированием реальных сил торможения и сил инерции поэлементной поддержки автомобиля. Из этого следует, что ни одно из движений в приведённом примере, строго говоря, не является движением по инерции в его традиционном понимании, т.е. при полном отсутствии неуравновешенных сил. Только абстрактная сила тяги и сила сопротивления могут полностью абстрактно компенсировать друг друга в каждый момент времени, что равносильно их полному отсутствию. Однако в реальной действительности абстрактных сил нет, а равновесие реальных сил не может быть идеальным, т.к. оно регулируется только в процессе взаимодействия.

А вот если под движением по инерции понимать движение под действием сил инерции, которыми, как показано выше являются все силы во вселенной, то и в том и в другом случае действительно происходит движение по инерции. Благодаря силам инерции возможна сила тяги бульдозера, обеспечивающая в среднем равномерное движение в условиях симметричного регулирования и благодаря силам инерции в условиях не симметричного регулирования замедляется движение автомобиля с выключенным двигателем. В этом смысле в каждом из этих случаев происходит движение по инерции, т.е. под воздействием сил инерционного происхождения. Однако в этом случае законом инерции следует считать не первый, а второй закон Ньютона.

Таким образом, в бытовом понимании движения по инерции, которое подразумевает реальные силы, противодействия изменению состояния движения, скорее всего, заключена народная мудрость, которая предполагает реальное преодоление сил сопротивления движению за счет «обычных» сил инерции поэлементной поддержки. А вот движение по инерции в отсутствие каких—либо сил осуществляется только для того, кто не прислушивается к народной мудрости и судит о явлениях природы только по академическим законам и математическим формулам.

***

Природа сил инерции в современной физике не установлена, поэтому реальность силы инерции не может противоречить современной физике в принципе. Единственным критерием реальности силы инерции может служить только ее соответствие или не соответствие фундаментальным законам природы, которым, как показано выше, явление инерции полностью соответствует. Более того инерция непосредственно обусловлена фундаментальными законами природы, как собственно и законы природы обусловлены инерцией.

Врождённое элементарное свойство материи преобразование напряжение-движение не может быть пока объяснено современной физикой именно потому, что оно элементарное и в физике нет ничего боле элементарного, что можно положить в структуру этого свойства для его объяснения. Однако отрицание мировой материальной среды, сопротивление которой, так же определяет явление инерции, причем, по-видимому, количественно в значительно большей степени, чем врождённое свойство материи преобразование напряжение-движение, приводит к полному абсурду в классической физике.

Современная физика утверждает, что сила инерции всегда приложена только к опорному телу, т.е. источнику активного движения или к ускоряющему телу. Однако это все равно, что сопротивление изменению состояния движения ускоряемого тела со стороны среды оказывается не ему, а непосредственно источнику силы, минуя само ускоряемое тело. Это равносильно тому, что ускоряется одно тело, а сопротивление его ускорению оказывается совсем другому телу – источнику силы! Такое толкование природы взаимодействий противоречит даже общепризнанным на сегодняшний день законам физики и в частности третьему закону Ньютона.

Ни одно физическое тело не может воздействовать на другое тело, не испытывая, как минимум такого же силового противодействия на себе. Поэтому даже если источник противодействия изменению состояния движения физических тел на сегодняшний день наукой не установлен, это противодействие в соответствии с той же самой наукой в первую очередь должно оказываться именно ускоряемому телу, а уже через него противодействие может быть передано ускоряющему, т.е. опорному телу. Это справедливо для взаимодействия тел даже в отсутствие мировой материальной среды. Может быть, именно в этом смысле следует понимать слова Ньютона о том, что инерция это «врожденная сила материи».

По мнению В. А. Ацюковского («Общая эфиродинамика», МОСКВА, ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1990) все мировое пространство и промежутки между элементарными частицами любого вещества заполняет мировая материальная среда – эфир, которая представляет собой сильно разреженный реальный газ. Мельчайшие частицы этого газа – амеры и являются первокирпичиками материи, т.е., по—видимому, и элементарными носителями массы.

По Ацюковскому силы гравитации определяются термодиффузионными процессами в эфире, основанными на теплообмене массы вещества с окружающим эфиром. Эфир в составе вещества является более холодным по сравнению со свободным эфиром. Он охлаждает свободный эфир между тяготеющими телами сильнее, чем, с внешней стороны тел. При этом возникает градиент давления, под действием которого материальные тела устремляются в область пониженного давления более охлаждённого эфира между ними. Причем градиент давления мировой материальной среды тем больше, чем больше количество вещества в теле.

Инерция, обеспечиваемая средой также, по-видимому, основана на обмене энергией между веществом и мировой материальной средой. При взаимодействии материальных тел в зоне деформации происходит нагрев окружающего эфира. При этом взаимодействующие тела устремляются в сторону внешнего более холодного эфира. Причём оба взаимодействующих тела в любом случае испытывают сопротивление движению со стороны более холодного эфира открытого пространства (с учётом паруса взаимодействия).

Конечно же, это только предположение. Механизм распределения энергии в материи может быть уточнен по мере накопления соответствующих знаний в науке. Однако совершенно очевидно, что без врождённого свойства преобразования напряжение-движение и без инерционного сопротивления среды никакие силы взаимодействия не смогут распространяться на материальные тела. Сила инерционного сопротивления мировой материальной среды непосредственно воздействует на ускоряемое тело, а уже через него на опорное ускоряющее тело. То есть сила, действующая на опорное тело, в конечном итоге является продолжением силы инерции. Без среды – это инерция поэлементной поддержки, только и всего.

Иллюзию нереальности силам инерции придает только существующая на сегодняшний день математическая модель, которая, кстати, призвана облегчить решение задач динамики, а не усложнять понимание физической сущности реальных взаимодействий, хотя сегодня получается почему-то все наоборот. Некоторые физики от математики склонны принимать существующую математическую модель теории движения «за чистую монету» и распространяют абстрактные математические допущения на реальную действительность.

Причем Даламбер в этом нисколько не виноват. Виноваты, наверное, «неграмотные люди», как говорит Н. В. Гулиа в своей «Удивительной физике», в том числе, видимо, и сам Гулиа. По поводу вводимого в физику для облегчения решения задач движения принципа Даламбера, Гулиа пишет:

«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.