Техника - молодёжи 1975-08, страница 21
убедил, ибо до сих пор идут жуткие споры, реальны силы инерции или фиктивны. С особой остротой эта проблема выразилась в противопоставлении принципов Ньютона и Маха (рис. 3). В 1687 году Ньютон проделал немудреный эксперимент. На закрученной веревке висело ведро с водой. Когда веревка начинала раскручиваться, то в круговой бег стенок вовлекалось содержимое ведра, и поверхность воды искривлялась, опустившись в центре и поднявшись по краям. Обсуждая опыт, гениальный ученый заявил, что по силе стремления вовне и по длине радиуса вращения можно определить «количество и направление кругового движения внутри огромного пустого пространства, где не суще- попробуем сами предугадать ответ. Для этого укажем второе тело, участвующее во вращении. Мах посчитал таким вторым телом Землю, скажем, для метателя молота, звезды — для космического корабля. Строго следуя его логике, получается, что спортсмен оказывается как бы ни при чем. Ведь Земля не только придает молоту вес, но успевает своевременно отреагировать на намерения метателя и загружает его мышцы центробежной сило^ вращения груза. Вот почему все чаще раздаются голоса закрыть зтот парадокс раз и навсегда в пользу Ньютона: силы инерции реальны и порождаются между двумя телами, участвующими во вращении (тем, которое крутится, и тем, которое крутит)... На рисунках (слева направо): 1. Если, скажем, во 2-й закон Ньютона подставить выражение для уско- Уг-У.2 рения а — — - ,то он перепишет- I (X.)— Xi) ся в заион сохранения энергии. Еслн У» - у. же подставить 8 — , то полу- t3 ti чится закон сохранения количества движения. А при постоянной сноростн тела(У2= Vi) 2-й закон превратится в 1-й и т. д. Невольно приходишь к выводу, что независимо существует тольно какой-то один закон, а все остальные — лишь частные случаи или другие формы записи его и, во всяком случае, новой информации не содержат. 2. Две ракеты, «Фотон-1» с космонавтом и «Фотон-2» с подопытной собакой на борту, удаляются от астронома со скоростью света, а от ствовало бы никаких внешних, доступных чувствам признаков». В начале нашего века Мах пытался противоречить чуть ли не всем ньютоновским принципам. Все эти критицизмы забыты и похоронены в библиотеках, но одно из его замечаний вошло в научный обиход и активно обсуждается. Кратко пересказать суть принципа Маха можно так. В мире нет ничего абсолютного — ни пространства, ни времени, ни движения. Все связано, все относительно, в том числе и ньютоново ведро с водой, которое вращается не само по себе, а относительно внешнего мира, относительно практически неподвижных звезд. Если ведро не вращать, а закрутить вокруг него вселенную, рассуждал Мах, то зеркало воды все равно должно изогнуться. По сравнению с этими эффектными доводами позиция, которую можно приписать Ньютону, бесхитростна. Если крутить ведро, зеркало воды искривится. Если же вращать звездный небосвод, вода этого «не заметит». Из принципа Ньютона следует, что силы инерции рождаются за счет взаимодействия между частями вращаемого тела. Из принципа Маха — за счет взаимодействия между близкими и далекими телами. Современные ученые еще не договорились, чей принцип вернее. Но 2* Что такое вращение! По существу, Мах пал жертвой давнишнего предрассудка об исключительности вращения. Сегодня принято считать, что любое равномерное движение инерционно: и по прямой, и по окружности, и, стало быть, по любой кривой, которая есть сумма прямых и кусочков разных окружностей. Закон прямолинейного движения по инбрции установил Галилей: тело, катящееся вниз по наклонной доске, ускоряется, катящееся вверх — замедляется, а катящееся по идеально гладкой горизонтальной поверхности — движется равномерно и прямолинейно. Но гораздо раньше утвердилось мнение об инерционности равномерного вращения. Еще Аристотель полагал, что круговое движение «пер-вее прямолинейного: оно проще и более совершенно». Аристотелевы «чудесные круги» две тысячи лет изучали школяры и студенты как законченную в своей премудрости истину. Схоласт Буридан, например, проповедовал, что сам бог привел небесные круги во вращение, сохраняющееся по инерции вечно. Список «верующих» в инерционность вращения вобрал в себя имена Демокрита, Декарта, Ломоносова, Гюйгенса, Фарадея, Максвелла. Не избежал всеобщего поклонения первичности «вихрей» и сам Галилей, прежде чем он стал главой учения об иосительно друг друга они неподвижны. Ситуация полностью согласуется с принципом относительности Галилея. Но вот эиспериментальная ракета поворачивает назад. Из теории относительности Эйнштейна следует, что «Фотон-2» приближается к Земле и удаляется от «Фотона-1» с одной и той же скоростью света. Наблюдатели, астроном н носмонавт, перемещающиеся относительно друг друга, одинаково оценивают снорость объекта. 3. Ньютон (1687 год) считал, что зернало воды искажается только при вращении ведра вокруг оси. При этом силы, действующие на частицы воды, имеют центробежную природу, то есть порождены различием скоростей по радиусу ведра. Мах (1903 год) предположил: так как в мире все относительно, уровень воды исказится и при закручиванни вселенной вокруг ведра. Принцип Маха устраняет силы инерции вообще, заменяя их силами гравитации между массами далених звезд и водой в ведре. Однако большинство ученых считает, что силы инерции реальны. 4. До сих пор утверждается: равномерное вращение тела инерционно, ибо окружная скорость постоянна и кинетичесная энергия не меняется. В действительности же вращаемое тело участвует в двух движениях: в равномерном по касательной н т mVn\ онружности (энергия 1 и = ^ ) и ускоренном н центру (энергия тУпа Ту = — to-t", где «> — угловая скорость, t — время). Таким образом, вращение — сложное движение, такое же, как, например. падение ядра, брошенного по горизонтали. 19 |
