Динамика является основным разделом механики. В ее основе лежат три закона Ньютона, сформулированные в 1687 г. Относительно разных систем отсчета движение носит неодинаковый характер. Относительно вагона точка на ободе колеса движется по окружности, а относительно Земли она движется по сложной кривой, называемой циклоидой.
Среди всевозможных систем отсчета существуют такие системы отсчета, относительно которых тела, не подверженные воздействию внешних тел, движутся относительно этих систем отсчета без ускорения, т.е. прямолинейно и равномерно. Эти особенные системы отсчета называются инерциальными.
Существование инерциальных систем отсчета (ИСО) установлено опытным путем и представляет собой закон природы. Инерциальных систем отсчета существует бесчисленное множество.
Любая система отсчета, движущаяся относительно какой-либо ИСО поступательно с постоянной скоростью, также является инерциальной.
Для доказательства рассмотрим движение частицы (МТ) - относительно систем К и К´. К - инерциальная система отсчета. Система К´ движется относительно системы К поступательно с постоянной скоростью V 0 . Частица находится в точке А.
Рис.8.1. Системы отсчета К и К¢
Из рисунка 8.1.видно:
Т.к. по частицу не действуют никакие тела, то система К инерциальна и V=const, а тогда:
|
|
(8 .3 ) |
т.е. система К - инерциальная. Опытным путем установлено, что инерциальной системой отсчета является система отсчета, начало которой совмещено с центром Солнца, а оси направлены на неподвижные звезды. Эта система называется гелиоцентрической (Гелиос - по гречески солнце). Земля движется относительно Солнца по криволинейной траектории; кроме того, она вращается вокруг своей оси. Поэтому система отсчета, связанная с Землей, неинерциальна. Но ускорение, с которым движется Земля, настолько мало, что при решении многих задач систему отсчета, связанную с Землей, можно считать инерциальной.
Утверждение о существовании ИСО И. Ньютон сформулировал в виде закона инерции или первого закона Ньютона.
Всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.
Закон инерции отнюдь не очевиден. До Г. Галилея считали, что воздействие обуславливает не изменение скорости (т.е. ускорение), а саму скорость. Это мнение основывалось на таких известных из повседневной жизни фактах, как необходимость непрерывно толкать тележку, движущуюся по горизонтальной дороге, чтобы ее движение не замедлялось. Теперь мы знаем, что толкая тележку, мы уравновешиваем воздействие, оказываемое на нее трением. Закон инерции широко используется в технике и быту (вытряхивание пыли, набивание лопат на черенок, маховики).
Важной особенностью ИСО является то, что по отношению к ним пространство и время обладает определенными свойствами симметрии. Опытные данные утверждают, что в ИСО пространство однородно и изотропно, а время однородно.
Однородность пространства - заключается в том, что свойства пространства одинаковы в различных точках.
Изотропность пространства - заключается в том, что свойства пространства одинаковы во всех направлениях.
Однородность времени - заключается в том, что протекание физических явлений (в одних и тех же условиях) в разное время их наблюдения одинаково. Или различные моменты времени эквивалентны друг другу по своим физическим свойствам. По отношению к неинерциальным системам отсчета время неоднородно, пространство неоднородно и неизотропно.
Для ИСО справедлив принцип относительности Галилея.
Все инерциальные системы по своим механическим свойствам эквивалентны друг другу. Это значит, что никакими механическими опытами проводимыми “внутри” данной инерциальной системы отсчета, нельзя установить, покоится эта система отсчета или движется. Во всех ИСО свойства пространства и времени одинаковы, одинаковы также и все законы механики.
Зако́ны Ньюто́на - три закона, лежащие в основе классической механики и позволяющие записать уравнения движения для любой механической системы, если известны силовые взаимодействия для составляющих её тел. Впервые в полной мере сформулированы Исааком Ньютоном в книге «Математические начала натуральной философии» (1687 год).
Первый закон Ньютона
Первый закон Ньютона постулирует существование инерциальных систем отсчета. Поэтому он также известен как Закон инерции.
Формулировка:
«Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго» .Формула:
Закон верен также в ситуации, когда внешние воздействия присутствуют, но взаимно компенсируются (это следует из 2-го закона Ньютона, так как скомпенсированные силы сообщают телу нулевое суммарное ускорение).
Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона - дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки.
Масса материальной точки при этом полагается величиной постоянной во времени и независящей от каких-либо особенностей её движения и взаимодействия с другими телами
Современная формулировка:
«В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе».
При подходящем выборе единиц измерения, этот закон можно записать в виде формулы:
(над F и a стрелка вектора)
Формулировка второго закона Ньютона с использованием понятия импульса: (С векторами над F p)
У рівнянні F=ma прискорення може бути безпосередньо виміряне, на відміну від сили. Тому цей закон має сенс, якщо ми можемо визначити силу F безпосередньо. Одним з таких законів, який визначає правило обчислення гравітаційної сили, є закон всесвітнього тяжіння.
Третий закон Ньютона
Этот закон объясняет, что происходит с двумя материальными точками.
Современная формулировка:
«Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению : (С ВЕКТОРАМИ).
Инерциа́льная систе́ма отсчёта (ИСО) - система отсчёта, в которой справедлив первый закон Ньютона (закон инерции): все свободные тела (то есть такие, на которые не действуют внешние силы или действие этих сил компенсируется) движутся прямолинейно и равномерно или покоятся. Эквивалентной является следующая формулировка, удобная для использования в теоретической механике:»Инерциальной называется система отсчёта, по отношению к которой пространство является однородным и изотропным, а время - однородным.»
Свойства инерциальных систем отсчёта
Всякая система отсчёта, движущаяся относительно ИСО равномерно и прямолинейно, также является ИСО. Согласно принципу относительности, все ИСО равноправны, и все законы физики инвариантны относительно перехода из одной ИСО в другую. Это значит, что проявления законов физики в них выглядят одинаково, и записи этих законов имеют одинаковую форму в разных ИСО.
Предположение о существовании хотя бы одной ИСО в изотропном пространстве приводит к выводу о существовании бесконечного множества таких систем, движущихся друг относительно друга со всевозможными постоянными скоростями. Если ИСО существуют, то пространство будет однородным и изотропным, а время - однородным; согласно теореме Нётер, однородность пространства относительно сдвигов даст закон сохранения импульса, изотропность приведёт к сохранению момента импульса, а однородность времени - к сохранению энергии движущегося тела.Если скорости относительного движения ИСО, реализуемых действительными телами, могут принимать любые значения, связь между координатами и моментами времени любого «события» в разных ИСО осуществляется преобразованиями Галилея.
В специальной теории относительности скорости относительного движения ИСО, реализуемых действительными телами, не могут превышать некоторой конечной скорости «C» (скорость распространения света в вакууме) и связь между координатами и моментами времени любого «события» в разных ИСО осуществляется преобразованиями Лоренца.
Связь с реальными системами отсчёта
Абсолютно инерциальные системы представляют собой математическую абстракцию, естественно, в природе не существующую. Однако существуют системы отсчёта, в которых относительное ускорение достаточно удалённых друг от друга тел (измеренное по эффекту Доплера) не превышает 10−10 м/с², например, Международная небесная система координат в сочетании с Барицентрическим динамическим временем дают систему, относительные ускорения в которой не превышают 1,5·10−10 м/с² (на уровне 1σ)[
Динамика поступательного движения. Основные понятия и законы поступательного движения. Закон сохранения момента импульса.
Поступательное движение - это механическое движение системы точек (тела), при котором любой отрезок прямой, связанный с движущимся телом, форма и размеры которого во время движения не меняются, остается параллельным своему положению в любой предыдущий момент времени. Если тело движется поступательно, то для описания его движения достаточно описать движение произвольной его точки (например, движение центра масс тела).
Одной из важнейших характеристик движения точки является её траектория, в общем случае представляющая собой пространственную кривую, которую можно представить в виде сопряжённых дуг различного радиуса, исходящего каждый из своего центра, положение которого может меняться во времени. В пределе и прямая может рассматриваться как дуга, радиус которой равен бесконечности.
В таком случае оказывается, что при поступательном движении в каждый заданный момент времени любая точка тела совершает поворот вокруг своего мгновенного центра поворота, причём длина радиуса в данный момент одинакова для всех точек тела. Одинаковы по величине и направлению и векторы скорости точек тела, а также испытываемые ими ускорения.
Поступательно движется, например, кабина лифта. Также, в первом приближении, поступательное движение совершает кабина колеса обозрения. Однако, строго говоря, движение кабины колеса обозрения нельзя считать поступательным.
Основное уравнение динамики поступательного движения произвольной системы тел
Скорость изменения импульса системы равна главному вектору всех внешних сил, действующих на эту систему.
Второй закон Ньютона - основной закон динамики поступательного движения - отвечает на вопрос, как изменяется механическое движение материальной точки (тела) под действием приложенных к ней сил. Рассматривая действие различных сил на данную материальную точку (тело), то ускорение, приобретаемое телом, всегда прямо пропорционально равнодействующей данных приложенных сил:
При действии одинаковой силы на тела с различными массами ускорения тел оказываются различными, а именно
Учитывая (1) и (2) и то, что сила и ускорение - величины векторные, можем записать
Соотношение (3) есть второй закон Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе, совпадает с нею по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела). В системе измерений СИ коэффициент пропорциональности k= 1. Тогда
Учитывая, что масса материальной точки (тела) в классической механике постоянна, в выражении (4) массу можно внести под знак производной:
Векторная величина
численно равная произведению массы материальной точки на ее скорость и имеющая направление скорости, называется импульсом (количеством движения) этой материальной точки.Подставляя (6) в (5), получим
Это выражение - более общая формулировка второго закона Ньютона: скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на нее силе.
Основные характеристики поступательного движения:
1.путь - любое движение вдоль траектории
2.перемещение – самый короткий путь.
А также сила, импульс, масса, скорость, ускорении и т.д.
Число степеней свободы - это минимальное число координат (параметров), задание которых полностью определяет положение физической системы в пространстве.
В поступательном движении все точки тела в каждый момент времени имеют одну и ту же скорость и ускорение.
Зако́н сохране́ния моме́нта и́мпульса (закон сохранения углового момента) - один из фундаментальных законов сохранения. Математически выражается через векторную сумму всех моментов импульса относительно выбранной оси для замкнутой системы тел и остается постоянной, пока на систему не воздействуют внешние силы. В соответствии с этим момент импульса замкнутой системы в любой системе координат не изменяется со временем.
Закон сохранения момента импульса есть проявление изотропности пространства относительно поворота. Он является следствием из второго и третьего законов Ньютона.
Экспериментальные исследования взаимодействий различных тел - от планет и звезд до атомов и элементарных частиц - показали, что в любой системе взаимодействующих между собой тел при отсутствии действия сил со стороны других тел, не входящих в систему, или равенстве нулю суммы действующих сил геометрическая сумма импульсов тел остается неизменной.
Система тел, не взаимодействующих с другими телами, не входящими в эту систему, называется замкнутой системой.
P-Импульс
(с векторами)
14. Различия вращательного и поступательного движения. Кинематика вращательного движения . Враща́тельное движе́ние - вид механического движения. При вращательном движении абсолютно твёрдого тела его точки описывают окружности, расположенные в параллельных плоскостях. Поступательное движение - это механическое движение системы точек (тела), при котором любой отрезок прямой, связанный с движущимся телом, форма и размеры которого во время движения не меняются, остается параллельным своему положению в любой предыдущий момент времени.[ Между движением твердого тела вокруг неподвижной оси и движением отдельной материальной точки (или поступательным движением тела) существует тесная и далеко идущая аналогия. Каждой линейной величине из кинематики точки соответствует подобная величина из кинематики вращения твердого тела. Координате s соответствует угол φ , линейной скорости v - угловая скорость w , линейному (касательному) ускорению а - угловое ускорение ε . Сравнительные параметры движения:
При описании вращательного движения твердого тела относительно неподвижной в данной системе отсчета принято использовать векторные величины особого рода. В отличие от рассмотренных выше полярных векторов r (радиус-вектор), v (скорость), a (ускорение), направление которых естественным образом вытекает из природы самих величин, направление векторов, характеризующих вращательное движение, совпадает с осью вращения, поэтому их называют аксиальными (лат. axis – ось).
Элементарный поворот dφ – аксиальный вектор, модуль которого равен углу поворота dφ, а направление вдоль оси вращения ОО" (см. рис. 1.4) определяется правилом правого винта. (угол вращения твердого тела).
Рис.1.4. К определению направления аксиального вектора
Линейное перемещение dr произвольной точки А твердого тела связано с радиусом-вектором r и поворотом dφ соотношением dr=rsinα dφ или в векторном виде через векторное произведение:
dr= (1.9)
Соотношение (1.9) справедливо именно для бесконечно малого поворота dφ.
Угловая скорость ω – аксиальный вектор, определяемый производной вектора поворота по времени:
Вектор ω, как и вектор dφ, направлен вдоль оси вращения по правилу правого винта (рис.1.5).
Рис.1.5. К определению направления вектора
Угловое ускорение β – аксиальный вектор, определяемый производной вектора угловой скорости по времени:
β=dω/dt=d2φ/dt2=ω"=φ""
При ускоренном движении вектор β по направлению совпадает с ω (рис. 1.6,а), а при замедленном - векторы β и ω направлены противоположно друг другу (рис. 1.6,б).
Рис.1.6. Связь между направлениями векторов ω и β
Важное замечание: решение всех задач на вращение твердого тела вокруг неподвижной оси по форме аналогично задачам на прямолинейное движение точки. Достаточно заменить линейные величины x, vx, ax на соответствующие им угловые φ, ω и β, и мы получим уравнения, аналогичные (1.6) -(1.8).
Период обращения-
(Время, за которое тело совершает один оборот)
Частота(количество оборотов за единицу времени)-
Что бы вскрыть исторические корни исследования относительности и причины глубокого системного кризиса теоретического познания, сделаем небольшой экскурс в историю относительности, а точнее в историю её принципа.
В своё время, Галилео Галилей (1564-1642) объяснял:"Уединитесь с кем-нибудь в закрытой каюте движущегося корабля... движение корабля обще всем предметам в каюте, также и воздуху...”.
Исаак Ньютон, спустя несколько десятилетий после Галилея, ввёл понятие системы отсчёта и сформулировал свой первый закона (закон инерции): существуют такие системы отсчета, относительно которых тело при отсутствии к нему внешних воздействий (или при их взаимной компенсации) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Ньютон сформулировал закон, не сформулировав понятие инерции и не сформулировав понятие системы отсчёта. Способность же тел сохранять постоянным скорость, как человек глубоко верующий, Ньютон рассматривал как данную свыше. Сегодня понятие инерции "высосали" из первого закона, как "данную свыше", способность объектов сохранять скорость некоторое время постоянной. В наше время сформулировали и понятие система отсчёта. Система отсчёта - совокупность системы координат и часов, связанных с телом, по отношению к которому изучается движение.(БСЭ) Причинная суть инерции при этом не прояснилась.
Далее физики толковали Галилея и Ньютона, формулируя уже принцип: "Никакими механическими опытами в замкнутой системе невозможно определить, покоится ли она или движется равномерно и прямолинейно. " Иная, более близкая Галилею, интерпретация принципа: «Состояние равномерного и прямолинейного движения объектов, невозможно отличить от состояния их покоя, если система отсчёта (познания) этого движения движется (покоится) вместе с системой движения (покоя) этих объектов.» Также имеет место вариант принципа: "Равномерное и прямолинейное движение замкнутой системы не влияет на ход протекающих в ней механических процессов". (Детлаф).
Ни одна из этих формулировок не отвечает на вопросы:
1. Является ли Принцип Галилея принципом познания движения (изменения)?
2. Является ли система отсчёта - системой (способом) познания , в сравнении с которой и делается вывод о характеристиках познаваемого движения?
3. Почему имеет место справедливость принципа относительности Галилея , с которым, в общем, все согласны?
4. На базе какого, более общего принципа, зиждется данный механический принцип ?
Просто определено, что это само - собой разумеющийся из практики принцип, просто постулат, аксиома, догма. А должен вытекать этот принцип из общей методологии познания свойств объектов, из базового понятия познания объекта - как совокупности, в данном случае, механических свойств. Должен вытекать из принципа познания механических свойств в относительном сравнении с другими свойствами, иных объектов, или в сравнении с механическими свойствами системы познания (системы отсчёта).
В основе любой теории лежат базовые понятия, на основе которых и строится вся теория. Такими понятиями в механике являются понятия: механической точки, координаты, массы, времени. В планеметрии Евклида, базовые понятия - это её аксиоматика (понятия геометрической точки, прямой, плоскости.) Без методологически строгого определения базовых понятий, любая теория получается построенной "из песка". К сожалению, понятие познания , да и понятие движения объекта, как результата взаимодействия, ни Галилеем, ни Ньютоном, ни их последователями, определены не были. Получается, что современная теория познания не содержит базового общенаучного понятия познания . Понятие "познать" однозначно и общенаучно не определено до сих пор. Теория познания увы, получается "из песка". Практика постоянно корректировала отстающую теорию познания. Именно благодаря практической коррекции и развитию способов познания (методов математики, физики, химии, логике и пр.), а не теории познания, мы пожинаем плоды технического прогресса.
Безусловно, принцип познания должен вытекать из общенаучного понятия познания , не как бесконечного процесса искания истины, а как конечного результата-выработки относительного, сравнительного суждения, которое в эпоху Галилея не было сформулировано. Понятие "познание" должно полностью коррелироваться с понятием "познать". А познаём мы в относительном сравнении. С этим, кажется глобально разобрались. Значит, в понятии познания должно быть понятие относительного сравнения, понятие относительности. Но этого в многочисленных формулировках понятиях познания не наблюдается. Познать в сравнении, значит определить относительную сравнительную характеристику сравнения (величину) познаваемого объекта, а так же её причинно-следственную зависимость (структуру, природу), а затем сформулировать научное понятие - ВЕНЕЦ ПОЗНАНИЯ.
Таким образом, отсутствие понятия познания и общих базовых принципов, отсутствие причинно-следственной структуры у принципа относительности Галилея, не обеспечило фундаментального подхода к теории познания, позволило иметь место различным спекуляциям на эту тему.
Так, спустя три века, в начале 20-го века А.Эйнштейн, а ранее Жюль-Анри Пуанкаре (1854-1912) также как и Галилей пришли к выводу, что относительность является одним из самых фундаментальных явлений. Это позволило сформулировать общий принцип, который был назван принципом относительности Эйнштейна и имел следующую смысловую формулировку: во всех инерциальных системах отсчета все законы природы инвариантны (имеют одинаковый вид) .
В понятие инерциальной системы (ИСО) входило, чтов ней выполняется закон инерции, а именно, внешние силы на тела системы не действуют или их действие скомпенсировано и по этому тела двигаются относительно друг друга прямолинейно или равномерно, или относительно друг друга покоятся , а система отсчета, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно некоторой инерциальной системы отсчета, тоже является инерциальной . Подставляем в формулировку принципа относительности Эйнштейна, бытующее в его и наше время, понятие инерциальной системы отсчёта (ИСО). Получаем определение. Во всех инерциальных системах отсчёта, В КОТОРЫХ ВНЕШНИЕ СИЛЫ НА ТЕЛА СИСТЕМЫ НЕ ДЕЙСТВУЮТ ИЛИ ИХ ДЕЙСТВИЕ СКОМПЕНСИРОВАНО И ПОЭТОМУ В НИХ ТЕЛА ДВИГАЮТСЯ ПРЯМОЛИНЕЙНО И РАВНОМЕРНО ИЛИ ПОКОЯТСЯ и которые одновременно являются системами отсчета, все законы природы инвариантны (уравнения их описывающие имеют одинаковый вид) .
Не правда ли смутновато, узковато и кривовато получился принцип познания у Эйнштейна.
Осталась глубокой загадкой для потомков, противоречивость эйнштейновской связи понятия инерциальной системы с системой познания, а значит и ясность принципа относительности Эйнштейна в целом.
Что есть инерциальная система отсчёта - ИСО?
Это система в которой, в том числе, находится и наблюдатель (тело отсчёта), познающий это движение, имеющий единый взгляд на движущиеся объекты системы движения тел и имеющий суждение о движении, определяющий параметры движения? Но из определения ИСО явствует, что в ней тела уже движутся прямолинейно.. или покоятся. У Эйнштейна, видимо предполагается знак равенства, то есть, система отсчёта = системе познания = изменяющейся системе.
Что есть система познания?
Исходя из сформулированного в данной работе понятия познания, система познания - это способ определения относительной величины в сравнении (относительно объективных эталонов) и её причинно-следственной зависимости (размерности), формулирование понятия. Но здравый смысл подсказывает, что от способа познания, познаваемый объект не должен зависеть , как не зависит от способа познания (в сравнении с эталоном) величины веса, длины, времени от эталонов веса, длины, времени и пр. То есть, система познания (определения), это независимая, эталонная (неизменная и общепринятая) от системы движения система. Это разные вещи, понятия, никак не связанные причинно между собой. Но если сама система познания движется (изменяется) в "унисон" (одинаково) с системой движения, может ли она быть системой познания этого движения по определению, ведь она не решит свою задачу и не определит корректно изменение параметров движущейся системы? Во как "понакосячили" наши классики-теоретики. И это, господа, базовый принцип и теоретический фундамент Специальной Теории Относительности Эйнштейна.
На много точнее, корректнее, короче и понятнее звучал бы принцип познания. "Если система отсчёта (познания) является частью познаваемой ею системы движения, то она не может являться корректной системой познания этого движения ". Или "Любая система отсчёта (познания) не должна быть частью познаваемой ею системы." Или, ещё короче и строже : "Система познания должна быть независимой от познаваемой ею системы."
В бытующем понятии ИСО (инерциальной системы отсчёта) есть некоторые свойства, которые несколько проясняют её суть. Это первое её свойство - неизменность. Ибо если "внешние силы на тела системы не действуют или их действие скомпенсировано" то тела не изменяют относительно друг друга свои координаты. Но неизменностью обладают только общепринятые эталоны - единичные меры, которые человек искусственно абсолютизирует, для достижения объективного суждения о величине (познания). Второе свойство ИСО: в ней" тела двигаются относительно друг друга прямолинейно или равномерно, или относительно друг друга покоятся ". Значит, допускается линейное относительное изменение эталонов систем координат. И только в этом, случае система отсчета, "движущаяся равномерно и прямолинейно относительно некоторой инерциальной системы отсчета, тоже является инерциальной."
Исходя из свойств ИСО, её понятие должно быть таково.
Инерциальная система отсчёта (ИСО) - есть система познания движения (покоя) изменяющейся одинаково (инерциально) системы тел, относительно одного из тел этой системы, которое называется "телом отсчёта".
И если в качестве тела отсчёта в данной ИСО будет выбрано любое тело (несколько тел) этой системы, то такие СО являются инерциальными по отношению друг к другу.
А чем же тогда будут отличаться результаты познания изменяющейся одинаково (инерциально) системы тел в разных ИСО? А будут они отличаться величинами координат этих объектов. Величины же разниц изменения координат будут равны нулю.
Природе вообще-то «всё равно» как её будут познавать, в каких инерциальных или не инерциальных системах познания будет это происходить. Природа изменяется и без системы познания. Речь в принципе познания должна идти о единых правилах познания (методологии). Речь должна идти о том, какие требования при объективности познания должны быть соблюдены, каксистемы познания должны соотноситься друг с другом, что бы причинно-следственные зависимости, описывающие различными способами законы природы, имели в описании одинаковый вид во всех системах или просто стыковались между собой. А при всём этом, системы познания не должны вмешиваться в протекание познаваемых процессов, не должны влиять на них, изменять их. Вот о чём должен быть принцип относительности познания.
Несмотря на претензию на всеобщность принципа относительности Эйнштейна, критическое его осмысление приводит к выводу о недостаточно глубоком методологическом подходе к глобальному явлению относительности познания. Наука, в итоге,так и не получила базовый принцип познания, в котором относительность рассматривалась как общая методология познания.
Во-первых, понятие познания и понятие относительности изначально у Эйнштейна не определено. Это первая базисная методологическая ошибка ибо любая теория содержит в основании перечень базовых определённых однозначно понятий. Именно от методологически сформированных базисных понятий и зависит корректность построения теории. Об относительности, как принципе познания вообще ни слова. Также, базовое для инерциальной системы понятие инерции и Ньютоном, и Эйнштейном и современной физикой, причинно не определено. Понятие инерции не имеет структуры, это просто способность. Из предложенного принципа Эйнштейном заметно, что он сужен (ограничен) классическими, механистическими, ньютоновскими, возведёнными тогда в ранг «самых главных законов природы», представлениями о прямолинейном, равномерном движении в них тел. По этой причине о глобальном распространении данного принципа на любые свойства, любых объектов познания , что предполагает феномен относительности и феномен инерции, речи быть не может.
Если уж речь идёт о фундаментальном принципе познания, участвующем в формулировании и описании законов природы (объективных причинно-следственных зависимостей, проявляющихся по мимо чьей-либо воли), то и понятие инерциальной системы отсчёта (системы познания) не должно сводиться только к относительному условию равномерного и прямолинейного механического движения в ней тел, а законы природы не должны «подгоняться» под законы механики. В глобальном принципе речь должна идти об инерциальности систем познания и их характеристик,об применении объективной эталонной, корректной системы познания величин свойств любой природы, в которой величины этой системы будут иметь объективно определённое значение, а понятия однозначно трактуемый смысл. Речь должна идти о причинно-следственной независимости свойств познаваемого объекта от системы познания .
Во-вторых, как мы уже выяснили, из понятия ИСО (инерциальной системы отсчёта) вообще не очевидно, что это система познания равномерного и прямолинейного движения. Ибо подчёркнуто, что в ней тела уже именно двигаются прямолинейно или равномерно . Познавать нечего, всё и так аксиоматично, догматично, ясно.
Что бы сформулировать общий принцип для любых свойств, речь сначала должна идти об относительности свойств как таковых, об относительном целом – объекте, а не только о его механических свойствах: «координате» и времени, определяющих классическое относительное движение объекта – тела или математической точки, об относительности свойств системы познания объекта свойствам объекта. В частном случае инерциальных систем, речь должнаидти о системах познания свойств системы объектов, о инерциальной системе познания изменчивости (относительной величины изменения) определённых соразмерных свойств объектов системы, о инерциальной системе познания: времени, заряда, температуры, давления, стоимости, размера, плотности, какой-то энергии и т.д.
Создаётся впечатление, что Эйнштейн, введя новое понятие - инерциальной системы отсчёта (ИСО), связав его с неопределённым общенаучно понятием инерции, намеренно или нет (уже не важно), но запутал, "замутил" собственной формализацией общенаучный принцип относительности познания. Что затем позволило сотворить - специальную и общую теории относительности.
О глобальной значимости принципа относительности можно судить по сложившейся в науке неинерциальной системе познания . В этой системе, отсутствует единое "тело отсчёта" и единые эталоны отсчёта (единая мера). По этой причине, величины свойств различной природы имеют относительно различных субъектов познания различное значение, а понятия - итог познания, различный смысл. Это явление носит повсеместный, глобально негативный характер. Оно привело человечество, в итоге, к системному кризису теоретического познания, проявляющемуся в физике, математике, экономике, в теории права и пр.
Что значит формализация в стиле А.Эйнштейна? Это значит, признание не формальной, а причинно-следственной зависимости величины свойств объекта от системы её познания. (Например, признание зависимости длины объекта от линейки-способа познания, которым эта длина познаётся. В "парадоксе близнецов", от познания продолжительности (времени) бытия близнецов у Эйнштейна зависят биологические процессы старения этих близнецов). Формальная зависимость длины объекта от "линейки" познания конечно есть, ибо величина цены деления в сантиметровой и дюймой инерциальных системах познания длины различаются. Но зависимость не причинно-следственная!
В начале 20 века, научный мир был «обманываться рад», а сейчас уже мало кому хочется ворошить, давно запорошенное пылью времени. А разворошить придётся, ибо познание уперается в стену беспринципности, куда бы оно ни ткнулось!
Понятие инерциальной системы должно различаться на: систему познания (систему отсчёта (СО)) и систему объектов и их свойств. Это разные по причинно-следственной сущности, независимые системы. Инерциальные же системы, это системы связанные между собой линейными зависимостями.
В инерциальной системе познания (отсчёта), величины всех свойств объектов в рамках этой системы определяются одинаково (способ определения одинаков, относительный эталон (единица измерения) в ИСО для всех познаваемых величин одинаков). Все эталоны в системе познания одинаковы, начала отсчёта одинаковы. Если эталоны этих систем отличаются друг от друга линейно, но являются постоянными в рамках одной системы, то системы с такими "различными" эталонами относительно друг друга являются инерциальными. Познанные величины в этих системахъ познания стыкуются между собой линейными соотношениями.
Следует, для большей ясности, привести примеры инерциальных систем отсчёта (ИСО) . Их множество. Например, у инерциальных систем познания стоимости товара на бирже, эталоны стоимости (денежные свободно конвертируемые эталоны различных государств) отличаются друг от друга по величине линейно 1$=k*1руб. Системы определения объективной стоимости одного и того же товара, в различных валютах являются инерциальными. Системы познания длины , имеющие относительные эталоны: миллиметр, дюйм, сантиметр есть инерциальные системы познания длины ибо эталоны связаны линейно 1дюйм=k*1см. При этом у них единый способ отсчёта, точки отсчёта одни. Системы единиц (СИ, СГСЕ) счисления по отношению друг к другу линейны, а системы определения величин в этих единицах инерциальны. Системы познания продолжительности , имеющие относительные эталоны: секунда, минута, час, тоже есть инерциальные системы познания продолжительности 1час=k*1сек.
Принцип познания для инерциальных систем должен выглядеть так: "Во всех (относительно всех) инерциальных системах познания, законы природы (объективные причинно-следственные зависимости, описывающие движение (изменение) свойств объектов в этой системе) имеют одинаковый вид (одинаковую размерность), а познанные величины в этих системах отличаются друг от друга линейно, ибо эталонные параметры этих систем (эталоны) отличаются линейно." То есть, инерциальность систем познания, это то требование к системам познания которое делает познание понятным и объективным, которое согласует системы познания линейными зависимостями, позволяя им корректно сосуществовать.
Система познания изменения свойств или система, изменяющаяся инерциально , отлична от системы познания своей независимостью от последней .
Во всех инерциальных системах изменения свойств объектов, относительные величины свойств различных объектов этой системы изменяются одинаково, а соотношения соразмерных свойств остаются постоянными, ибо являются причинно-следственно зависимыми от одних и тех же причин (событий), их изменяющих.
И этим системам всё равно, в каких системах определяется эта одинаковость изменения. Лишь бы способ описания был корректен - система эталонов (координат времени, свойств) была одна и та же в рамках одной системы познания, лишь бы системы познания были корректно по отношению друг к другу, инерциальными. Именно такое, самое общее и существенное качество имеется у инерциальной системы изменения - системы изменяющейся инерциально. Ведь если тела движутся с одинаковыми скоростями или покоятся, то их соотношения (разница) свойств-скоростей остаются неизменными. И не важно, какими эталонами измерения это выяснено, лишь бы они были одинаковы.
Но если это общенаучный принцип, тогда речь должна идти о более широкой свойственной инерциальной изменчивости. Например, о инерциальной системе старения или взросления людей, инерциальной изменчивости вида под воздействием каких-то общих факторов, инерциальной системе развития общества, культурной или интеллектуальной инерциальной изменчивости, инерциальной системе образования, изменяющей инерциально людей правовой инерциальности, инерциальной системе изменения стоимости, системе изменения общественной морали, системе с изменяющимися одинаково принципами сосуществования. Понятие инерциальности должно подходить к любой системе, в которой изменяются одинаково относительно всех объектов данной системы какие-то свойства, присущие каждому объекту данной системы. И эта одинаковость изменения зависит от общих факторов их изменяющих. Речь должна идти о фундаментальном философском, общенаучном принципе, отражающем явление относительности познания, «краеугольном камне» методологии познания изменчивости (изменения).
Методология же познания, должна иметь на вооружении (включать в себя) основополагающий принцип познания любого объекта, в любой системе, исключающий не причинно-следственный подход.
Понятие или суждение венчает (завершает) познание, а суждения об относительном движении или покое тел, о виде движения, о скорости, об ускорении и прочих относительных величинах свойств механического процесса и составляют процесс познания механического движения. Таким образом, исходя из формулировки познания объекта («познание объекта – есть определение его относительной сравнительной характеристики (величины) и её причинно-следственной зависимости (размерности), формулирование понятия объекта») принцип относительности Галилея, как принцип познания, выглядит так:
«Величина и природа любого познаваемого объекта (свойства), причинно-следственно не зависит от системы (способа) его познания.» Иначе и проще: «Величина объекта познания не зависит причинно-следственно от «линейки», которой эта величина измеряется (познаётся)». Зависимость от эталона (инструмента) получается сугубо формальная, а не причинно-следственная. К способу объективного познания предъявляется единственное требование – его эталонность (см. определение эталона) . Из этого принципа следуют три основных следствия-правила для познания свойств механических тел (систем).
1. Соотношение (разница) величин соразмерных механических свойств (координат, продолжительностей изменения, скоростей, ускорений, импульсов, действующих на тела сил и т.д.) объектов-тел остаётся на интервале познания постоянным если величины соразмерных сил (причин), изменяющие их (силы) общи. По причине общей причинно-следственной зависимости и законы природы (формализованные для употребления причинно-следственные зависимости, выраженные в размерности) имеют в своём описании одинаковый вид. Такая система изменения называется инерциальной . По этому, никакими общими (зависимыми) от этой системы тел системами познания невозможно иметь объективное суждение об относительном движении (изменении) или относительном покое (неизменности) свойств этих тел. Отсюда вытекает и второе следствие.
2. Объективное познание свойств данной системы тел возможно только относительно независимой от системы формальной эталонной системы познания (системы отсчёта), не изменяющей данную систему, неизменной и общепринятой для всех объектов данной системы. При этом необходимо иметь ввиду, что познаются только те свойства объекта, которые соразмерны свойствам системы познания.(Тоесть, нельзя линейкой измерить вес, а часами - объём).
3. Если объективные системы познания (системы отсчёта) имеют характеристики-эталоны отличающиеся друг от друга линейно, то такие системы называются инерциальными системами познания. Соответственно, познанные относительно них величины, отличаются друг от друга так же, линейно. Инерциальность - это самое общее требование к объективным системам познания, применение которых корректно.
Вот так должны формулироваться принципы относительности познания.
Целью применения данных принципов должно стать создание инерциальной системы познания мироздания, при помощи создания единой методологии познания объектов, методологии формирования понятий этих объектов, построенной на единых принципах, обеспечивающих «одинаковость, эталонность» относительного познания любого объекта для «познающих». И на этой основе достижение объективности и однозначности в познании, в определении их величин, свойств, законов природы и общества.
Но пока в теории познания торжествует эйнштейновская безотносительность и методологически не сформированные лженаучные принципы- постулаты, ничего стоящего в теории познания произойти не может. А вот проявления кризиса человечество "отгребает повсеместно". Об этом следующие главы работы.
4. Принцип инерции (первый закон Ньютона). Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности.
Как уже отмечалось, динамика – это раздел классической механики, изучающий движение материальных тел под действием приложенных к ним сил, т.е. дающий связь между взаимодействиями тел и изменениями в их движении. Она является основным разделом механики и базируется на трех законах Ньютона (1687 г.) Первый закон Ньютона (закон инерции) формулируется следующим образом: всякое тело (материальная точка) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние . Свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения при отсутствии или взаимном уравновешивании внешних воздействий называется инертностью . Если на тело действует неуравновешенная система сил, то инертность сказывается в том, что изменение состояния покоя или движения тела происходит постепенно, а не мгновенно. При этом движение изменяется тем медленнее, чем больше инертность тела. Мерой инертности тела при поступательном движении является масса . Первый закон Ньютона выполняется не во всякой системе отсчета. Системы, в которых он выполняется, называются инерциальными системами отсчета . Инерциальной системой отсчета является такая система, относительно которой свободная материальная точка, не подверженная воздействию других тел, движется равномерно и прямолинейно, или по инерции. Система отсчета, движущаяся по отношению к инерциальной системе отсчета с ускорением, является неинерциальной , и в ней не выполняются ни закон инерции, ни второй закон Ньютона, ни закон сохранения импульса. Понятие «инерциальная система отсчета» является научной абстракцией. Реальная система отсчета всегда связывается с каким-нибудь конкретным телом (Землей, корпусом корабля и т.п.), по отношению к которому и изучается движение тех или иных объектов. Однако в природе нет неподвижных тел (тело, неподвижное относительно Земли, будет двигаться вместе с нею ускоренно по отношению к Солнцу и звездам), поэтому любая реальная система отсчета может рассматриваться как инерциальная лишь с той или иной степенью приближения. С очень высокой степенью точности инерциальной можно считать гелиоцентрическую (звездную) систему с началом координат в центре Солнца и с осями, направленными на три звезды. Для решения большинства технических задач инерциальной системой можно считать систему отсчета, жестко связанную с Землей (не учитывается вращение Земли вокруг собственной оси и вокруг Солнца). Как уже отмечалось, масса – это физическая величина, определяющая инерционные свойства материи. Масса – это свойство самого тела и, в отличие от веса, не зависит от места ее измерения (вес Р тела в разных точках земного шара различен: он максимален на полюсах и минимален на экваторе). Ускорение свободного падения g тел на Землю также зависит от географической широты места наблюдения и от его высоты над уровнем моря. Однако отношение веса тела Р к его ускорению g одинаково во всех точках земного шара. Это отношение и принято для количественного измерения массы:
За единицу массы принят килограмм массы, равный массе эталона, сделанного из сплава иридия и платины. Следует отметить, что масса тела считается постоянной величиной только в классической механике Ньютона, изучающей движение тел со скоростями, небольшими по сравнению со скоростью света (c ≈ 300000 км/с = 3*10 8 м/c ). В современной физике установлено, что масса тела увеличивается с увеличением скорости его движения по закону:
где m – масса тела, движущегося со скоростью v ; с – скорость света; m 0 – масса покоящегося тела. Из формулы (2.1) следует, что вес тела
(2.2)
т.е. вес – это сила, с которой тело притягивается Землей, т.е. та сила, которая сообщает телу ускорение g = 9,81 м/с 2:
1 кГ = 1 кг*9,81 м/с 2 .
С другой стороны,
1 Н = 1 кг*1 м/с 2 ,
следовательно,
1 кГ = 9,81 Н.
Для описания воздействий тел (материальных точек) друг на друга вводится понятие силы. Под действием сил тела либо изменяют скорость движения, т.е. приобретают ускорения (динамическое проявление сил), либо деформируются, т.е. изменяют свою форму и размеры (статическое проявление сил). Таким образом, сила - это векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры. В каждый момент времени сила характеризуется числовым значением (модулем), направлением в пространстве и точкой приложения.
Инерциальная система отсчёта – это система отсчёта, относительно которой свободная материальная точка неподверженная воздействию других тел, движется равномерно прямолинейно; это такая система, которая либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно относительно какой-то другой инерциальной системы.
Принцип относительности - фундаментальный физический закон, согласно которому любой процесс протекает одинаково в изолированной материальной системе, находящейся в состоянии покоя, и в такой же системе в состоянии равномерного прямолинейного движения. Состояния движения или покоя определяются по отношению к произвольно выбранной инерциальной системе отсчета. Принцип относительности лежит в основе специальной теории относительности Эйнштейна.
Принцип относительности (Галилея) : никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведённые внутри данной инерциальной системы отсчёта, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчёта к другой.