«Інерцією називають динамічний стан тіла, на яке подіяла сила і надала йому вільний рух в просторі». Може виникнути запитання, чому така разюча контрастність у формулюванні на відміну від ньютонівської? Чому не згадується про прямолінійність і рівномірність руху? Справа в тім, що в природі тіла рухаються по інерції не тільки по прямій лінії, а й по кривій. А таке формулювання являється загальною як до тіл, що рухаються самостійно по прямій, так і до тіл, що рухаються по колу.
Інерція і її основні особливості
«Властивість тіла, що рухається по інерції зберігати стан руху згідно величини прикладеної сили прямолінійно або криволінійно, якщо на тіло діє інша сила, що змінює напрям руху»
Інерція - це не явище, як про це говориться в шкільному підручнику, а стан тіла, в якому воно перебуває після припинення дії на нього іншого тіла - дії сили.
Введені слова "згідно величини прикладеної сили" доповнюють зміст суті інерційного руху. Якщо прикладена мала сила по відношенню кількості маси, тіло зразу ж припиняє рух і переходить в стан спокою. І навпаки, якщо до тіла невеликої маси прикладена велика сила, воно може зберігати стан руху в багато разів довше, долаючи цим самим в багато разів більшу віддаль у просторі. Природна властивість інерційного руху - це прямолінійність тобто зберігати стан прямолінійного руху. Але рух по інерції може відбуватися і по кривій лінії і по замкнутому колу зі збереженням тих самих властивостей - зберігати стан руху згідно величини прикладеної сили (дзига, махове колесо і інше). Тут уже слід враховувати дві різні сили, що одночасно діють на одне і те ж саме тіло: а) сила, що надала швидкості тілу, б) сила, не залежна від першої, яка напрямлена під кутом або перпендикулярна до траєкторії руху і змінює напрям швидкості.
Остання являється гальмівною оскільки її бічний вплив на інерційний рух забирає частку енергії на безперервну зміну напряму руху.
Сила інерції і її енергетичні залежності
«Силою інерції називається властивість зберігати рух тіла і чинити опір перешкодам, що трапляються на шляху його траєкторії. Сила інерції прямо-пропорціональна добутку маси тіла на його швидкість. Fін=mV»
Таку формулу (Mv) знайдемо в 1 частині формулювання 2-го закону Ньютона. Виходить, що 2-й закон Ньютона якраз і виражає суть інерції - а саме: її силу.
В чім полягає суть прямо-пропорціональної залежності сили до маси і швидкості? Дуже проста. Чим більша маса тіла і чим вища швидкість її вільного руху, тим більша повинна бути прикладена сила, щоб відбувся такий рух. Яку енергію затрачено, щоб надати тілу руху і перемістити на певну віддаль в просторі, такою воно і володіє під час інерційного руху.
Звідки і випливає суть збереження енергії. Якщо тіло рухається, то кажуть, воно володіє енергією так званою кінетичною енергією.
Звідки воно взяло цю енергію? Цю енергію йому надано силою поштовху. А що таке сила? Це образно кажучи, перехідний міст по якому енергія переходить з одного виду в інший для виконання роботи.
Ще один варіант: «Самостійний рух тіла після припинення на нього дії сили називають інерцією». Властивість тіл до правила інерції не входить!
Так як всяке правило вимагає, щоб його обґрунтувати закріпити незаперечними фактами, то спробуємо це зробити.
Спроба обґрунтування закону інерції
Але спершу необхідно проаналізувати існуючі погляди на такий рух на основі завченого правила інерції Ньютона.
Один із авторів книги по астрономії ставить запитання "чи буває в природі рух по інерції?" І після розгляду конкретного прикладу приходить до висновку: "Якщо стати на абсолютно сувору точку зору, то навряд чи взагалі в природі можна вказати хоч би один випадок руху по інерції в чистому вигляді, у точній відповідності з першим законом Ньютона. с 69."
Але не менш цікаво, який же приклад він розглядав, щоб дійти до такого висновку. "На все життя - пише він, - запам'ятався мені повчальний випадок. Я тоді вчився в школі, здається у 8 класі, і ми проходили на уроках фізики три закони Ньютона.
На заключне заняття наш вчитель, людина винахідлива і відмінно знавши фізику, прийшов з проекційним фонарем і коробкою діапозитивів.
- Зараз я буду показувати картинки - повідомив він. - На них зображено різні ситуації. А ви повинні в них уважно вдивлятися і казати, який із трьох законів Ньютона в них проявляється. Почнем...
На екрані появилась перша картинка. Хлопчик, що біжить, зачепився за камінь і стрімко падає, виставивши вперед руки.
- Отже, про який закон Ньютона йде мова?
- Про перший! - відповіли ми дружнім хором.
І в нас були підстави для подібної відповіді. Справа в тім, що за декілька днів до цього нам попалася на очі пояснювальна записка до комплекту діапозитивів "Три закони Ньютона". Вже не знаю, ким вона була складена, але в анотації до номера першого - "хлопчика що падає набігу" - говорилося: "Ілюстрація до першого закону Ньютона - закону інерції. Хлопчик набігу зачепився ногою за камінець, але верхня частина його тіла продовжує рухатися по інерції. Внаслідок чого хлопчик падає". Чи що-то там в такому змісті.
- Припустимо - сказав учитель. І викликав мене до дошки. Я бадьоро почав:
- Хлопчик набігу зачепився ногою...
- Так... значить перший закон?
Я кивнув.
- Добре. В такому випадку пригадай, як він сформулюється.
- Тіло знаходиться в стані спокою або рівномірного і прямолінійного руху, поки і оскільки воно не примушується зовнішніми силами змінити цей стан, - без зупинки відбарабанив я ньютонівське формулювання.
- Правильно... А тепер переведемо це на звичайну фізичну мову. Якщо на тіло не діють зовнішні сили, його прискорення дорівнює нулю. Чи правда?
- А спокій? - спитав хтось з місця. - Ви про нього нічого не сказали.
- Спокій - окремий випадок руху, коли швидкість дорівнює нулю. Отже, про що говорить і про що не говорить перший закон? Він говорить тільки про той випадок, коли сили дорівнюють нулю. І ні про що інше! А якщо сили не рівні нулю - перший закон про це нічого не знає".
Це було щось нове. До того дня ми просто старалися запам'ятати формулювання трьох законів і навчитися розв'язувати задачі. Тепер же перший закон Ньютона як би відкрився для нас і з іншої своєї сторони. Враз ми зрозуміли, що падіння хлопчика на картинці не має до першого закону рівним рахунком ніякого відношення.
І насправді, хлопчик зачепився ногою за камінець. Адже ж це означає, що на нього подіяла сила і в русі хлопчика появилося прискорення. З цього моменту його рух перестав бути рівномірним і прямолінійним... Дійсно, перший закон в такому випадку нічого сказати не може.
А із цього всього слідує важливий висновок. Про рух по інерції можна говорити тільки тоді, коли на дане тіло не діють абсолютно ніякі сили. Або хоч би рівнодійна всіх сил дорівнювала нулю.
Досить часто доводиться чути такі висловлювання: "Двигуни вимкнулися, і ракета продовжувала рух по інерції", "Шофер загальмував, але машина по інерції продовжувала ковзатися по льодяній поверхні дороги".
Чи правомірні подібні висловлювання? Напевне, тільки в літературному смислі. В дійсності же і ракета після вимкнення двигунів, і автомашина після початку гальмування рухалися прискорено. В першому випадку це прискорення (позитивне чи негативне) ракеті надала сила тяжіння Землі, в другому - від'ємне прискорення машині надала сила тертя між протекторами коліс і полотном дороги.
Якщо стати на абсолютно сувору точку зору, (повторимо, бо слова з пісні не викидають) то навряд чи взагалі в природі можна вказати хоч би один випадок руху "по інерції" в чистому вигляді, в точній відповідності з першим законом Ньютона. Адже ж на будь-який об'єкт, де б він не знаходився, завжди діють сили притягування множини небесних тіл.
Мова може йти в таких випадках, коли допустима відома ідеалізація, тобто сили, що діють на дане тіло, настільки незначні, що практично не проявляють на його рух ніякого впливу і ними можна нехтувати.
Але і без такого суттєвого застереження перший закон Ньютона в природі практично ніколи не виконується - це лише крайній, граничний... випадок прискореного руху."
Тепер можна сказати від себе. Запитується, навіщо ж цей закон було возвеличувати в ранг фундаментального закону природи, коли він зовсім далекий від неї?
Наслідки неправильно сформульованого закону
Уривок із науково-популярної книги взято не даремно. Тут сказано стисло і конкретно, але про дуже багато. Тут викладено всю суть сучасного уявлення про інерцію.
І перш чим приступити до аналізу думок і тверджень, висловлених в уривку, варто ще раз згадати про ту "Велику місію" вченого і вчителя, про яку так правдиво сказав Ноберт Вінер. "Перед вченим і вчителем стоять завдання, виконання яких необхідно не тільки для дальшого розвитку нашого суспільства, але і для самого його існування. Вчений - це сторожа духовного розвитку суспільства, який сприяє кращому розумінню уже відомих істин і пошукам нових істин і концепцій. Завдання вчителя, відповідно, - передавати як ці нові знання і відкриття, так і вже відомі істини молодому поколінню.
Благополуччя і навіть саме існування людства залежить від того, наскільки щиро і чесно вчені і вчителі віддані істині".
І от перед нами яскравий приклад нехтування високою місією і вчителем, і вченим. Адже ж цей учень, який так твердо і переконливо унаслідував переконання вчителя, згодом став ученим і продовжував його світогляд. Просто важко висловити в стислій формі суть причинності і спадковості при такій ситуації. Хто ж став першоджерелом укріплення заблуджень - вчений чи вчитель?
Якщо умовно взяти окреслений відрізок часу згідно змісту розглянутого уривку, то вся вина покладається на вчителя. Якщо цей вчитель і винахідливим був, і знавцем фізики, то чому він знехтував анотацією до картинки і наполігся втлумачити свій погляд? Адже ж в анотації до картинки сказано правду про суть інерції. Хтось то думав над таким формулюванням, коли надрукував і розповсюдив по школах. І не без того, щоб не замислювався над ньютонівським формулюванням і над дійсним станом речей. Видно, з більш тверезим поглядом на суть інерції, коли зробив вибір між сумнівом і дійсністю. А от вчитель, не зважаючи на це, дотримався лише букви, щоб не порушити їх єдності у формулюванні.
От що значить неосмислене буквоїдство. А якщо прискіпатися до цього терміну, то йому взагалі не властиве те, що називають осмислюванням. Але і вчителя не варто звинувачувати: він вірним був своїй повинності і добре усвідомлював, що таке закон і наслідки його порушення. Щоб коло проблемної ситуації не замикалося, то виходить, що в усьому цьому винуватцем являється неправильно сформульований закон, який не відображає дійсності. А в тонко сформульованому фальшивому законі набагато важче побачити істину, ніж відкрити її заново.
Якби, наприклад, прийшлося провести загально народне опитування, що таке інерція тіл, з наведенням конкретних прикладів, то в кінцевому наслідку була б досить дивна картина. В переважній більшості дали б правильну відповідь ті люди, які не завчили дослівно першого закону Ньютона - це прості люди, а науковий світ не навів би жодного прикладу руху по інерції. От що значить неправильно сформульований закон інерції і його наслідки.
Але цього ще замало. Неправильний погляд на суть інерції, поширюючи свої права, тягне за собою неправильний погляд взагалі на рух. Закон є закон. Не даремно ж називають його фундаментальним законом.
Стосовним до такого становища буде влучний вислів Фрідріха Енгельса: "Від того, що взуттєву щітку ми зарахуємо в єдину категорію із ссавцями, - від цього у неї не виростуть молочні залози." ("Анти Дюрінг", Госполитиздат 1950 с.40).
Як би ми не намагалися ньютонівське формулювання припасувати у вигляді фундаментального закону інерції до руху тіл в природі, ніколи не отримаємо бажаних наслідків, окрім зворотного становища - становища, що заводить ще в глибші нетрі заблудження. І першим таким є поняття про прискорення. Дане поняття набуло досить широкого розмаху в усіх видах руху і навіть там, де йому не місце.
А древні були все-таки праві
Знову повернемось до діалогу між вчителем і учнями. Вчитель, переконавши учнів у "справедливості" закону Ньютона що до руху на картинці, робить висновок: "Отже, про що говорить і про що не говорить перший закон? Він говорить тільки про той випадок, коли сили дорівнюють нулю. І ні про що інше! А якщо сили не дорівнюють нулю - перший закон про це нічого не знає".
Запитується, де ж логіка? Перший закон - це фундаментальний закон природи руху тіл - закон інерції. Інерція - це рух тіл. Як же він нічого не повинен знати про будь-який рух, коли він являється фундаментальним, тобто всеохоплюючим? І от виникає протиріччя: або він не фундаментальний, або зовсім не стосовний до того руху, який спонукається силою. Умісно і тут запитати: чи можливий рух без прикладення сили?
Наведіть, будь-ласка, хоч один-однісінький приклад в усьому світі щоб відбувся рух тіла без прикладеної до нього сили!
Хтось-то з вчених було сказав: "Де закінчуються знання, там починається вимисел".
Відображення цих слів знаходимо і в діалозі. "Враз ми, - продовжує колишній учень, - зрозуміли, що падіння хлопчика на картинці не має до першого закону рівним рахунком ніякого відношення. (Зауважимо, що заради справедливості сказано дуже правильно). І насправді, хлопчик зачепився ногою за камінець. Адже ж це означає, що на нього подіяла сила і в русі хлопчика появилося прискорення".
От і на цьому терміні і його смисловому значенні і варто було б зосередити нашу розмову як окрему, бо декількома словами про таке не обійдешся. А поки-що продовжимо.
"А із цього всього, - пише колишній учень, - слідує важливий висновок. Про рух тіл по інерції можна говорити тільки тоді, коли на дане тіло не діють абсолютно ніякі сили".
Як назвати таке твердження: софізм, антинауковістю, вульгаризацією чи просто заблудженням, не в силі підібрати термін.
Де ж логіка? Який же може бути рух та ще й рух по інерції, "коли на тіло не діють абсолютно ніякі сили"? Чому ніхто з науковців, які так ревниво оберігають цей закон, зразу ж після висновку не підкріплює конкретним прикладом як незаперечним фактом? Адже це непохитне шкільне правило і повинно стосуватися не тільки школярів, а і самих вчених. Бо ніде взяти такого прикладу? Вірно. Дійсно ні звідки його виколупати. То чи дійсним буде такий висновок? Із чого він висновується? З безмежних просторів Всесвіту? А ми ж то ведемо розмову про земні справи! Чому б на цим не задуматися спершу, чим говорити про таке?
Повторюємо заблудження Галілея, якому були противні істинні переконання Аристотеля? Ми ж то не залізні роботи, виготовлені ще Галілеєм і запрограмовані ним, а самостійно мислячі, розумні істоти. Такими висновками, такими поглядами на оточуючий світ ми тільки принижуємо гідність свого розуму, свого мислення, а не возвеличуємо його. "Вся наша гідність полягає в думці. І це вона нас підносить, а не простір і час, яких ми не в силах заповнити. Будемо ж вчимося добре мислити - ось основний закон моралі!" Хіба не правду сказав Луї Паскаль?
І ще мало цього. Ми правду намагаємося перевернути на неправду і переконуємо всіх, що біле - це чорне, а чорне - це біле.
"Досить часто доводиться чути такі висловлювання "Двигуни виключили...
Чи правомірні такі висловлювання? Напевне, тільки в літературному смислі. В дійсності і ракета після вимкнення двигунів, і автомашина після початку гальмування рухалися прискорено".
Через "прискорення" ми ще раз повернемося до цього діалогу між учнями і вчителем, між вченим і простим людом.
Щодо наведених конкретних прикладів та їх "наукової інтерпретації" можна сказати лише декількома словами Луї Купера: "Наш висновок буде повністю залежати від вибраної точки зору". А такою є галілеєвська точка зору, вироблена біля чотирьох століть тому.
Щодо термінології (замість PS)
Швидкість - ознака стану тіла.
Інерція - властивість тіла зберігати рух.
Інертність - ознака властивості зберігати стан спокою.
Сила - це не що інше, як форма, метод чи спосіб переходу одного виду енергії в інший, якщо виходити із законів збереження.
Закон збереження енергії в механіці - це перехід енергії з одного виду в інший, тобто перехід її від одного тіла до другого що можна зобразити по такій схемі: енергія одного тіла (джерело, причинність) - сила (спосіб переходу) - енергія другого тіла (спадковість, виконана робота).
Швидкісний рух - ознака швидкості руху, бо рух рухові не рівня.