Техника - молодёжи 1975-08, страница 22

инерционности только прямого движения. Впервые открыто усомнился в вечности кружения Ньютон, но до сих пор вращательное движение считается инерционным. В этом «дуализме» двух инерционных движений (по прямой и по кругу), так же как в дуализме «волна — частица», отражается пассивность современной физики, которая заставляет миролюбиво сожительствовать диаметрально противоположные идеи.

Судите сами. Раз равномерное движение тела по окружности инерционно, энергия этого самого тела неизменна и затрачивать работу на вращение не нужно. Но как тогда быть с центробежной силой, заставляющей натягиваться веревку, на которой вращают груз? Как объяснить то обстоятельство, что, если веревку обрезать, груз полетит по касательной к окружности вращения? Почему инерционное движение по окружности вдруг переходит в инерционное движение по прямой?..

Полноте! Инерционно ли вращательное движение? Конечно, нет. Вращение состоит из двух движений: равномерного инерционного по касательной и ускоренного по направлению к оси вращения (рис. 4). Последнее, как и полагается, требует наличия силы, ускорения и совершения работы. Сила есть (центростремительная сила), ускорение можно определить по известным формулам. Остается подсчитать кинетическую энергию, увеличивающуюся во времени квадратично. Стало быть, вращаемое тело обладает возрастающей энергией, и на его кручение приходится затрачивать все большую работу. Казалось бы, истина найдена, но тут-то и выясняется, что мы приходим к еще худшему парадоксу...

Кинетическое транжирство. Дело в том, что мы вообще не умеем считать кинетическую энергию тела. Представьте себе, что вы толкаете тележку, развивая одну и ту же силу. Тележка постепенно разгоняется. Каждую секунду вы совершаете какую-то работу. Для вас все эти секунды совершенно одинаковы, а для механики нет. По ее мнению, вы затрачиваете энергию, а следовательно, и работу, возрастающую во времени квадратично. Мыслимо ли это?

А теперь представьте, что вам нужно оплатить труд сторожа, отпугивающего ворон с огорода. Он равномерно крутит над головой телогрейкой. По справочным формулам энергия вращаемого тела не меняется, если скорость его постоянна, а потому здесь никакой работы не требуется, и, следовательно, платить-то не за что. Но попробуйте подступиться с этими теоретическими выкладками к запыхавшемуся человеку!

По скорректированной нами формуле сторож, производя работу, возрастающую во времени квадратично, за 8 часов разорит все местное хозяйство. Любой здравомыслящий человек скажет, что платить надо по числу оборотов. Увы, механика не в состоянии предложить столь «разумной» формулы!

А существует пи энергия! Механика — это наука не только о движении, но и об основных свойствах мира. Какие свойства характеризуют вещество? Энергия, скажете вы, масса, объем и мера влияния (сила). К сожалению, должен огорчить вас: энергия — весьма относительное понятие. Покоящееся тело как бы «заряжено» потенциальной энергией. При его движении она начинает «пе

реливаться» в кинетическую. В конце пути баланс сойдется, учит механика, и кинетическая энергия возрастет ровно настолько, насколько убудет потенциальной. Из этих рассуждений следует, что тело как бы заранее «знает», какой путь ему предстоит, ибо потенциальная энергия равна произведению силы на пройденное расстояние. Поскольку предугадать своей судьбы тело, конечно, не может, наделять его потенциальной энергией, как неотъемлемым свойством, видимо, нельзя.

О справедливости столь неожиданного вывода свидетельствует, в частности, то, что величина потенциальной энергии целиком зависит от наблюдателя. Например, прохожий на улице и домосед, вышедший <на балкон, приписывают одному июмужетелу совершенно разные энергии (рис. 5).

Аналогичное можно сказать и про кинетическую энергию. Если вы летите рядом с пулей, она энергией не обладает. Если вы начнете отставать или обгонять ее, попутчица как бы нальется энергией. Для разных наблюдателей тело имеет разную кинетическую энергию. Приговор очевиден: еще в школе набившие оскомину потенциальная и кинетическая энергия — просто-напросто разные формы записи некоторой математической функции, удобной для расчетов.

Куда «глядит» призрак! Логично было бы считать, что у энергии есть направление. Допустим, груз характеризовался бы потенциальной энергией, направленной вниз, в сторону действия силы веса. А пуля кок ёы несла свою кинетическую энергию в сторону движения. Да, очень разумно было бы приписать механической энергии направление, но сделать это невозможно: весь аппарат векторной алгебры забуксует. Впрочем, чему здесь удивляться? Механическая энергия не имеет физического смысла, потому и не может отразить основных параметров движения ..

Что же есть у тела! Материальное тело должно обладать чем-то, органично присущим ему и независи

мым от других тел и от наблюдателей. Так, может быть, масса является этим «что-то», неуловимым главным свойством? Увы, одно и то же тело способно иметь разные массы...

Раньше массой тела считали количество вещества, сейчас масса толкуется как мера его инертных и гравитационных свойств. Как только масса оказалась связанной с движением, возникли бесчисленные курьезы. Представьте себе, что у стены лежит мяч. Вы с размаху ударили по нему ногой. Сила есть, ускорение ничтожно, разделите одно на другое и получите: масса мяча чрезвычайно огромна, сравнима с массой космического тела. Еще хуже, если мяч в покое, то есть на него не действуют никакие силы, в том числе гравитационные, тогда определить его массу просто невозможно.

Столь «странные» метаморфозы с массой в современной механике становятся привычными. И нынешние школьники уже не удивляются, когда им объясняют: при увеличении скорости тела его месса возрастает (рис. 6). Невольно начинает казаться, что ученые, словно нарочно, постепенно лишили материю ее традиционных атрибутов: механической энергии, массы... Не пора ли остановиться, вернуть материи массу, не зависящую от движения и измеряемую количеством вещества, содержащимся в теле?

20