Юрий Трифонов - Властелин механики. 7 великих законов в понятном изложении

Рис.30. Маховик позволяет двигателю вращаться плавнее благодаря собственной инертности

Именно масса заставляет его длительное время вращаться по инерции, что и является следствием работы первого закона.

Интересно отметить, что на попытке сохранить эту энергию строятся целые научные направления. Например, известный ученый Гулиа Н. В., старался сделать механический аккумулятор или энергетическую капсулу, опираясь на эффект инерции. На сей счёт он написал немалое количество научных трудов.

Давайте сформулируем первый закон Ньютона так, как это обычно сделано в учебниках.

Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, в которых тела движутся равномерно и прямолинейно, если на них не действуют никакие силы или действие других сил скомпенсировано.

Вот, вроде бы, мало написано. Но о чём тут вообще? Если вы впервые читаете такую формулировку, то запутаться совсем несложно. Да и уже имея знания по физике и подзабыв что-то, потерять мысль рассуждения вполне вероятно.

Первая мысль, которая появляется при прочтении этих строк – для чего это вообще и что это за бред ? Да, именно бред. Набор слов и не более. Такие мысли возникают у большинства читателей.

Когда нам рассказывают про этот закон в школе, аналитическое мышление ещё не до конца сформировано и жизненного опыта маловато. Закон кажется нам набором слов, а память об этом закрепляется на всю жизнь. Поэтому, сейчас будем разбирать вопрос буквально по буквам.

После нашей аналитической работы вы будет воспринимать первый закон Ньютона как один из фундаментальных законов механики, а не что-то там из учебника.

Вся сложность ни в первом законе, а в мудреной формулировке.Оно как на древнерусском языке написано.

Существуют такие системы отсчёта… Стоп-слово системы отсчёта. Что такое система отсчёта? Ничего сверхъестественного!

В данном случае, это обстоятельство указывает на принадлежность рассматриваемых тел к одной системе отсчёта .

Системой отсчетаназывается совокупность неподвижных относительно друг друга тел (тело отсчёта), по отношению к которым рассматривается движение (в связанной с ними системе координат), и отсчитывающих время часов (системы отсчёта времени), по отношению к которой рассматривается движение каких-либо тел. Если коротко и просто – то это пространство, в котором мы перемещаемся, и часы, а также точка отсчёта, от которой мы отмеряем расстояние. Всё это необходимо для того, чтобы в дальнейшем иметь возможность сопоставить разные виды движения и движения разных тел, а также правильно выполнить расчёты.

Рис.31. Система отсчёта

Например, если мы едем на поезде и проезжаем мимо станции, то можно рассматривать и поезд, и станцию в одной системе отсчёта, а можно как разные.

В одной общей системе отсчёта, привязанной к станции, поезд будет ехать, а станция стоять.

В другой, привязанной к поезду, поезд будет стоять, а станция проедет мимо.

Мы можем сидеть на стуле в комнате, а земля в это время крутится. Относительно земли мы сидим, а относительно пространства или, скажем, луны, мы вращаемся.

Именно это обстоятельство и обозначается понятием система отсчёта.

Хорошо, когда речь идёт о таких безобидных ситуациях. Но если говорить про аварии на дорогах, то там уже система отсчёта не кажется такой бесполезной штукой. Ведь в системе автомобиль-водитель, скорости при встречном столкновении с другим автомобилем будут суммироваться, что делает столкновение ещё более опасным. Значит, нужно правильно рассчитать нагрузку, чтобы укрепить автомобиль подходящим образом. Для этого нужно правильно выбрать систему отсчёта и вникнуть в понятие относительности движения.

Следующее новое слово – инерциальная система отсчёта.

Всё тоже очень просто. Это система отсчёта, в которой существует инерция. Инерциальнойназывается система отсчёта, по отношению к которой пространство является однородным и изотропным, а время – однородным. Или, если перевести это на нормальный язык, то это система отсчёта, в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно либо покоятся .

Что такое инерция? Это мы, пожалуй, выделим даже в отдельный пункт. Больно важная понятие в физической теории, которое будет преследовать нас постоянно.

Инерцияесть способность тела сохранять скорость как по направлению, так и по величине, при отсутствии воздействий на тело или компенсации этих действий.

Рис.32. Примерно так инерция работает на практике. Платформа только тронулась и человек падает.

Если поезд разгоняется, мы начинаем падать противонаправлено его движению, когда тормозит – падаем вперед. Вот она инерция. Врезаемся передним колесом велосипеда в бордюр и что-то тянет нас через руль. Опять инерция.

Она появляется в следствие того, что у тела есть некоторая собственная масса. И в случае с поездом, эта масса продолжает своё свободное движение по инерции, тогда как колёса поезда уже тормозятся.

Как мы помним, первый закон Ньютона – это ещё и закон инерции. Количество инерции пропорционально массе. Правда тут стоит отметить некоторый парадокс, обозначенный Эйнштейном. Он установил в своё время, что инерционность одной массы будет зависеть от расстояния до других масс. Чем это расстояние больше, тем меньше будет инерция тела, удаленного от других масс. Значит, инерция зависит не только от массы, но и от взаимного расположения тел, но пока забудем об этом .

Отношение к понятию инерция в физике вообще не однозначное. Большая часть ученых приходят к выводу, что никакой инерции не существует и рассматривать её как силу ни в коем случае нельзя . Допускается воспринимать это понятие только как механизм, упрощающий наше взаимодействие с окружающим миром.

Причиной же инерции (стоит дописать – по последним данным) считается воздействие на тело поля Хиггса, которое ускоряет частицы, придавая им некоторые свойства. Согласно этой гипотезе, существует всепроницающее вакуумное поле Хиггса, и при ускорениях масс поле создает инерцию массы.