Динаміка є головним розділом механіки. У її основі лежать три закони Ньютона, сформульовані в 1687 р. Щодо різних систем відліку рух має неоднаковий характер. Щодо вагона точка на обід колеса рухається по колу, а щодо Землі вона рухається складною кривою, званої циклоїдою.
Серед усіляких систем відліку існують такі системи відліку, щодо яких тіла, не схильні до впливу зовнішніх тіл, рухаються щодо цих систем відліку без прискорення, тобто. прямолінійно та рівномірно. Ці особливі системи відліку називаються інерційними.
Існування інерційних систем відліку (ІСО) встановлено досвідченим шляхом і є законом природи. Інерційних систем відліку існує безліч.
Будь-яка система відліку, що рухається щодо будь-якої ІСО поступово з постійною швидкістю, також є інерційною.
Для доказу розглянемо рух частинки (МТ) щодо систем К і К´. К – інерційна система відліку. Система К рухається щодо системи До поступально з постійною швидкістю V 0 . Частка знаходиться у точці А.
8.1. Системи відліку К та К¢
З малюнка 8.1. видно:
Т.к. по частинку не діють ніякі тіла, то система К інерційна і V = const, а тоді:
|
|
(8 .3 ) |
тобто. система К – інерційна. Досвідченим шляхом встановлено, що інерційною системою відліку є система відліку, початок якої поєднано із центром Сонця, а осі спрямовані на нерухомі зірки. Ця система називається геліоцентричної(Геліос - грецькою сонце). Земля рухається щодо Сонця по криволінійній траєкторії; крім того, вона обертається довкола своєї осі. Тому система відліку, пов'язана із Землею, неінерційна. Але прискорення, з яким рухається Земля, настільки мало, що при вирішенні багатьох завдань систему відліку, пов'язану із Землею, можна вважати інерційною.
Твердження про існування ІСО І. Ньютон сформулював у вигляді закону інерції чи першого закону Ньютона.
Будь-яке тіло перебуває у стані спокою чи рівномірного і прямолінійного руху, доки вплив з боку інших тіл не змусить його змінити цей стан.
Закон інерції аж ніяк не очевидний. До Г. Галілея вважали, що вплив зумовлює не зміну швидкості (тобто прискорення), а саму швидкість. Ця думка ґрунтувалася на таких відомих із повсякденного життя фактах, як необхідність безперервно штовхати візок, що рухається горизонтальною дорогою, щоб його рух не сповільнювався. Тепер ми знаємо, що штовхаючи візок, ми врівноважуємо вплив, який на неї тертя. Закон інерції широко використовується в техніці та побуті (витрушування пилу, набивання лопат на черешок, маховики).
Важливою особливістю ISO є те, що по відношенню до них простір і час має певні властивості симетрії. Досвідчені дані стверджують, що в ІСО простір однорідний і ізотропний, а час однорідний.
Однорідність простору- у тому, що властивості простору однакові у різних точках.
Ізотропність простору- полягає в тому, що властивості простору однакові у всіх напрямках.
Однорідність часу- полягає в тому, що перебіг фізичних явищ (в одних і тих самих умовах) у різний час їх спостереження однаково. Або різні моменти часу еквівалентні один одному за своїми фізичними властивостями. По відношенню до неінерційних систем відліку час неоднорідний, простір неоднорідний і неізотропний.
Для ІСО справедливий принцип відносності Галілея.
Усі інерційні системи за своїми механічними властивостями еквівалентні одна одній. Це означає, що ніякими механічними дослідами, що проводяться “всередині” даної інерційної системи відліку, не можна встановити, чи спочиває ця система відліку або рухається. У всіх ІСО властивості простору та часу однакові, однакові також і всі закони механіки.
Закони Ньютона - три закони, що лежать в основі класичної механіки і дозволяють записати рівняння руху для будь-якої механічної системи, якщо відомі силові взаємодії для її тіл. Вперше повною мірою сформульовані Ісааком Ньютоном у книзі «Математичні засади натуральної філософії» (1687 рік).
Перший закон Ньютона
Перший закон Ньютона постулює існування інерційних систем відліку. Тому він також відомий як Закон інерції.
Формулювання:
«Існують такі системи відліку, звані інерціальними, щодо яких матеріальна точка за відсутності зовнішніх впливів зберігає величину та напрямок своєї швидкості необмежено довго».
Закон вірний також у ситуації, коли зовнішні впливу присутні, але взаємно компенсуються (це випливає з 2-го закону Ньютона, оскільки компенсовані сили повідомляють тілу нульове сумарне прискорення).
Другий закон Ньютона
Другий закон Ньютона - диференціальний закон руху, що описує взаємозв'язок між прикладеною до матеріальної точки силою і прискоренням цієї точки, що виходить від цього.
Маса матеріальної точки при цьому належить величиною постійної в часі та незалежної від будь-яких особливостей її руху та взаємодії з іншими тілами
Сучасне формулювання:
«В інерційній системі відліку прискорення, яке отримує матеріальна точка з постійною масою, прямо пропорційно рівнодіє всіх доданих до неї сил і обернено пропорційно її масі».
При виборі одиниць виміру, цей закон можна записати у вигляді формули:
(над F та a стрілка вектора)
Формулювання другого закону Ньютона з використанням поняття імпульсу: (З 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 із таких законів, який визначає правило обчислення гравітаційної сили, є закон всесвітнього тяжіння.
Третій закон Ньютона
Цей закон пояснює, що відбувається із двома матеріальними точками.
Сучасне формулювання:
«Матеріальні точки взаємодіють один з одним силами, що мають однакову природу, спрямованими вздовж прямої, що з'єднує ці точки, рівними за модулем і протилежними за напрямом: (З ВЕКТОРАМИ).
Інерційна система відліку(ІСО) - система відліку, у якій справедливий перший закон Ньютона (закон інерції): все вільні тіла (тобто такі, куди діють зовнішні сили чи дію цих сил компенсується) рухаються прямолінійно і рівномірно чи спочивають. Еквівалентним є наступне формулювання, зручне для використання в теоретичній механіці: «Інерційною називається система відліку, по відношенню до якої простір є однорідним та ізотропним, а час – однорідним.»
Властивості інерційних систем відліку
Будь-яка система відліку, що рухається щодо ІСО рівномірно і прямолінійно, також є ІСО. Згідно з принципом відносності, всі ISO є рівноправними, і всі закони фізики інваріантні щодо переходу з однієї ISO в іншу. Це означає, що прояви законів фізики у них виглядають однаково, і записи цих законів мають однакову форму різних ІСО.
Припущення про існування хоча б однієї ІСО в ізотропному просторі призводить до висновку про існування нескінченної множини таких систем, що рухаються одна щодо одної з постійними швидкостями. Якщо ІСО існують, то простір буде однорідним та ізотропним, а час – однорідним; відповідно до теореми Нетер, однорідність простору щодо зрушень дасть закон збереження імпульсу, ізотропність призведе до збереження моменту імпульсу, а однорідність часу - до збереження енергії тіла, що рухається. часу будь-якої «події» у різних ІСО здійснюється перетвореннями Галілея.
У спеціальній теорії відносності швидкості відносного руху ІСО, реалізованих дійсними тілами, що неспроможні перевищувати деякої кінцевої швидкості «C» (швидкість поширення світла у вакуумі) і зв'язок між координатами і моментами часу будь-якої «події» у різних ІСО здійснюється перетвореннями Лоренца.
Зв'язок із реальними системами відліку
Абсолютно інерційні системи є математичну абстракцію, природно, в природі не існуючу. Однак існують системи відліку, в яких відносне прискорення досить віддалених один від одного тіл (виміряне за ефектом Доплера) не перевищує 10-10 м/с², наприклад, Міжнародна небесна система координат у поєднанні з барицентричним динамічним часом дають систему, відносні прискорення в якій не перевищують 1,5·10−10 м/с² (на рівні 1σ)[
Динаміка поступального руху. Основні поняття та закони поступального руху. Закон збереження моменту імпульсу.
Поступальний рух - це механічний рух системи точок (тіла), при якому будь-який відрізок прямий, пов'язаний з тілом, що рухається, форма і розміри якого під час руху не змінюються, залишається паралельним своєму положенню в будь-який попередній момент часу. Якщо тіло рухається поступально, то описи його руху досить описати рух довільної його точки (наприклад, рух центру мас тіла).
Однією з найважливіших характеристик руху точки є її траєкторія, у випадку являє собою просторову криву, яку можна у вигляді сполучених дуг різного радіусу, що виходить кожен зі свого центру, становище якого може змінюватися в часі. У межі і пряма може розглядатися як дуга, радіус якої дорівнює нескінченності.
У такому разі виявляється, що при поступальному русі в кожен заданий момент часу будь-яка точка тіла здійснює поворот навколо свого миттєвого центру повороту, причому довжина радіусу в даний момент однакова для всіх точок тіла. Однакові за величиною і напрямом і вектори швидкості точок тіла, а також прискорення, що ними випробовуються.
Поступово рухається, наприклад, кабіна ліфта. Також у першому наближенні поступальний рух здійснює кабіна колеса огляду. Однак, строго кажучи, рух кабіни оглядового колеса не можна вважати поступальним.
Основне рівняння динаміки поступального руху довільної системи тел
Швидкість зміни імпульсу системи дорівнює головному вектору всіх зовнішніх сил, які діють цю систему.
Другий закон Ньютона - основний закон динаміки поступального руху - відповідає питанням, як змінюється механічне рух матеріальної точки (тіла) під впливом прикладених до неї сил. Розглядаючи дію різних сил на цю матеріальну точку (тіло), то прискорення, яке набуває тіло, завжди прямо пропорційно рівнодіє даних прикладених сил:
При дії однакової сили на тіла з різними масами прискорення тіл виявляються різними, а саме
Враховуючи (1) та (2) і те, що сила та прискорення - величини векторні, можемо записати
Співвідношення (3) є другий закон Ньютона: прискорення, що придбавається матеріальною точкою (тілом), що пропорційно викликає його силі, збігається з нею за напрямом і обернено пропорційно масі матеріальної точки (тіла). У системі вимірів СІ коефіцієнт пропорційності k = 1. Тоді
Враховуючи, що маса матеріальної точки (тіла) у класичній механіці постійна, у виразі (4) масу можна внести під знак похідної:
Векторна величина
чисельно рівна добутку маси матеріальної точки на її швидкість і має напрямок швидкості, називається імпульсом (кількістю руху) цієї матеріальної точки.
Цей вислів - більш загальне формулювання другого закону Ньютона: швидкість зміни імпульсу матеріальної точки дорівнює силі, що діє на неї.
Основні характеристики поступального руху:
1.шлях - будь-який рух уздовж траєкторії
2.переміщення - найкоротший шлях.
А також сила, імпульс, маса, швидкість, прискорення і т.д.
Число ступенів свободи – це мінімальна кількість координат (параметрів), завдання яких повністю визначає положення фізичної системи у просторі.
У поступальному русі всі точки тіла в кожний момент часу мають ту саму швидкість і прискорення.
Закон збереження моменту імпульсу (закон збереження кутового моменту) - один із фундаментальних законів збереження. Математично виражається через векторну суму всіх моментів імпульсу щодо обраної осі для замкнутої системи тіл і залишається постійною, доки систему не впливають зовнішні сили. Відповідно до цього моменту імпульсу замкнутої системи в будь-якій системі координат не змінюється з часом.
Закон збереження моменту імпульсу є проявом ізотропності простору щодо повороту. Він є наслідком другого і третього законів Ньютона.
Експериментальні дослідження взаємодій різних тіл - від планет і зірок до атомів і елементарних частинок - показали, що в будь-якій системі тіл, що взаємодіють між собою, за відсутності дії сил з боку інших тіл, що не входять до системи, або рівності нулю суми діючих сил геометрична сума імпульсів тіл залишається незмінною.
Система тіл, що не взаємодіють з іншими тілами, що не входять до цієї системи, називається замкнутою системою.
P-Імпульс
(З векторами)
14. Відмінності обертального та поступального руху. Кінематика обертального руху. Обертальне рух - вид механічного руху. При обертальному русі абсолютно твердого тіла його точки описують кола, розташовані в паралельних площинах. Поступальний рух - це механічний рух системи точок (тіла), при якому будь-який відрізок прямий, пов'язаний з тілом, що рухається, форма і розміри якого під час руху не змінюються, залишається паралельним своєму положенню в будь-який попередній момент часу .[ Між рухом твердого тіла навколо нерухомої осі та рухом окремої матеріальної точки (або поступальним рухом тіла) існує тісна і далекосяжна аналогія. Кожній лінійній величині із кінематики точки відповідає подібна величина із кінематики обертання твердого тіла. Координаті s відповідає кут ? Порівняльні параметри руху:
При описі обертального руху твердого тіла щодо нерухомої в даній системі відліку прийнято використовувати векторні величини особливого роду. На відміну від розглянутих вище полярних векторів r (радіус-вектор), v (швидкість), a (прискорення), напрямок яких природно випливає з природи самих величин, напрям векторів, що характеризують обертальний рух, збігається з віссю обертання, тому їх називають аксіальними (Лат. axis - вісь).
Елементарний поворот dφ – аксіальний вектор, модуль якого дорівнює куту повороту dφ, а напрямок уздовж осі обертання ГО" (див. рис. 1.4) визначається правилом правого гвинта. (Кут обертання твердого тіла).
Рис.1.4. До визначення напряму аксіального вектора
Лінійне переміщення dr довільної точки А твердого тіла пов'язане з радіусом-вектором r і поворотом dφ співвідношенням dr=rsinα dφ або у векторному вигляді через векторний добуток:
dr = (1.9)
Співвідношення (1.9) справедливе саме для нескінченно малого повороту d?
Кутова швидкість ω – аксіальний вектор, що визначається похідною вектора повороту за часом:
Вектор ω, як і вектор dφ, спрямований уздовж осі обертання за правилом правого гвинта (рис.1.5).
Рис.1.5. До визначення напряму вектора
Кутове прискорення β – аксіальний вектор, який визначається похідною вектора кутової швидкості за часом:
β=dω/dt=d2φ/dt2=ω"=φ""
При прискореному русі вектор β у напрямку збігається з ω (рис. 1.6,а), а при уповільненому - вектори β і ω спрямовані протилежно один до одного (рис. 1.6,б).
Рис.1.6. Зв'язок між напрямками векторів ω та β
Важливе зауваження: вирішення всіх завдань на обертання твердого тіла навколо нерухомої осі формою аналогічно завданням на прямолінійний рух точки. Достатньо замінити лінійні величини x, vx, ax на відповідні ним кутові φ, ω і β, і ми отримаємо рівняння, аналогічні (1.6) -(1.8).
Період звернення-
(Час, протягом якого тіло здійснює один оборот)
Частота (кількість оборотів за одиницю часу) -
Щоб розкрити історичне коріння дослідження відносності та причини глибокої системної кризи теоретичного пізнання, зробимо невеликий екскурс в історію відносності, а точніше в історію її принципу.
Свого часу, Галілео Галілей (1564-1642) пояснював: "Усамітніться з ким-небудь у закритій каюті корабля, що рухається... рух корабля загально всім предметам в каюті, також і повітрі...".
Ісаак Ньютон, через кілька десятиліть після Галілея, ввів поняття системи відліку і сформулював свій перший закон (закон інерції): існують такі системи відліку, щодо яких тіло за відсутності щодо нього зовнішніх впливів (чи їх взаємної компенсації) зберігає стан спокою чи рівномірного прямолінійного руху. Ньютон сформулював закон, не сформулювавши поняття інерціїі не сформулювавши поняття системи відліку. Здатність тіл зберігати постійним швидкість, як людина глибоко віруючий, Ньютон розглядав як дану згори. Сьогодні поняття інерції "висмоктували" з першого закону, як "цю згори", здатність об'єктів зберігати швидкість деякий час постійною. Нині сформулювали і поняття система відліку.Система відліку- Сукупність системи координат і годин, пов'язаних з тілом, по відношенню до якого вивчається рух. (БСЕ)
Причинна суть інерції у своїй не прояснилася. Далі фізики тлумачили Галілея та Ньютона, формулюючи вже принцип:" "Жодними механічними дослідами в замкнутій системі неможливо визначити, чи вона лежить або рухається рівномірно і прямолінійно. Інша, ближча до Галілея, інтерпретація принципу:«Стан рівномірного і прямолінійного руху об'єктів неможливо відрізнити від стану їх спокою, якщо система відліку (пізнання) цього руху рухається (покоїться) разом із системою руху (спокою) цих об'єктів.» Також має місце варіант принципу:
"Рівномірний і прямолінійний рух замкнутої системи не впливає на хід механічних процесів, що протікають в ній".
(Детлаф). Жодне з цих формулювань не відповідає на запитання: 1. Чи є Принцип Галілея
принципом пізнання руху (зміни)? 2. Чи є
система відліку - системою (спосібом) пізнання , Порівняно з якою і робиться висновок про характеристики пізнаваного руху? 3. Чому має місце справедливість
принципу відносності Галілея , з яким, загалом, усі згодні??
Просто визначено, що це само собою принцип, що розуміється з практики, просто постулат, аксіома, догма. А має випливати цей принцип із загальної методології пізнання властивостей об'єктів, з базового поняття пізнання об'єкта - як сукупності, у разі, механічних властивостей. Повинен випливати з принципу пізнання механічних властивостей щодо порівняннякоїться з іншими властивостями, інших об'єктів, чи порівняно з механічними властивостями системи пізнання (системи отсчёта).
В основі будь-якої теорії лежать базові поняття,на основі яких будується вся теорія. Такими поняттями у механіці є поняття: механічної точки, координати, маси, часу. У планеметрії Евкліда, базові поняття - це її аксіоматика (поняття геометричної точки, прямої, площини.) Без методологічно суворого визначення базових понять, будь-яка теорія виходить побудованою "з піску". На жаль, поняття пізнання, Та й поняття руху об'єкта, як результату взаємодії, ні Галілеєм, ні Ньютоном, ні їх послідовниками не були визначені. Виходить, що сучасна теорія пізнання містить базового загальнонаукового поняття пізнання . Поняття "пізнати" однозначно та загальнонауково не визначено досі. Теорія пізнання, на жаль, виходить "з піску". Практика постійно коригувала відстаючу теорію пізнання. Саме завдяки практичній корекції та розвитку способів пізнання (методів математики, фізики, хімії, логіки тощо), а не теорії пізнання, ми пожинаємо плоди технічного прогресу.
Безумовно, принцип пізнання повинен випливати із загальнонаукового поняття пізнання, не як нескінченного процесу шукання істини, а як кінцевого результату-виробітку відносного, порівняльного судження, яке в епоху Галілея не було сформульовано. Поняття "пізнання" має повністю корелюватися з поняттям "пізнати". А пізнаємо ми у відносному порівнянні. З цим, здається, глобально розібралися. Отже, у понятті пізнання має бути поняття щодо порівняння, поняття відносності. Але цього у численних формулюваннях поняттях пізнання немає. Пізнати в порівнянні, означає визначити відносну порівняльну характеристику порівняння (величину) об'єкта, що пізнається, а так само її причинно-наслідкову залежність (структуру, природу), а потім сформулювати наукове поняття - ВІДЛЯНЬ ПІЗНАННЯ.
Таким чином, відсутність поняття пізнання та загальних базових принципів, відсутність причинно-наслідкової структури у принципу відносності Галілея, не забезпечило фундаментального підходу до теорії пізнання, дозволило мати місце різним спекуляціям на цю тему.
Так, через три століття, на початку 20-го століття А. Ейнштейн, а раніше Жюль-Анрі Пуанкаре (1854-1912) так само як і Галілей дійшли висновку, що відносність є одним із фундаментальних явищ. Це дозволило сформулювати загальний принцип, названий принципом відносності Ейнштейнаі мав таке смислове формулювання: у всіх інерційних системах відліку всі закони природи інваріантні (мають однаковий вигляд).
У поняття інерційної системи (ІСО) входило, що нею виконується закон інерції, а саме, зовнішні сили на тіла системи не діють або їх дія скомпенсована і з цього тіла рухаютьсящодо один одного прямолінійно або рівномірно, або щодо один одного спочивають , а система відліку, що рухається рівномірно і прямолінійно щодо деякої інерційної системи відліку, теж є інерційною. Підставляємо у формулювання принципу відносності Ейнштейна, що у його наш час, поняття інерційної системи відліку (ІСО). Отримуємо визначення.У всіх інерційних системах відліку,У ЯКІХ ЗОВНІШНІ СИЛИ НА ТІЛА СИСТЕМИ НЕ ДІЮТЬ АБО ЇХ ДІЯ СКОМПЕНСОВАНА І ТОМУ В НИХ ТІЛА РУХАЮТЬСЯ ПРЯМОЛИНІЙНО І РІВНОМІРНО АБО ПОЧАТУТЬСЯ і які одночасно є системами.
відліку, всі закони природи інваріантні (рівняння, що їх описують, мають однаковий вигляд)
Чи не правда смутновато, вузько і кривувато вийшов принцип пізнання у Ейнштейна.
Залишилася глибокої загадкою для нащадків, суперечливість ейнштейнівської зв'язку поняття інерційної системи із системою пізнання, отже, і ясність принципу відносності Ейнштейна загалом.
Що таке інерційна система відліку - ISO?
Це система в якій, у тому числі, знаходиться і спостерігач (тіло відліку), який пізнає цей рух, що має єдиний погляд на рухомі об'єкти системи руху тіл і має судження про рух, що визначає параметри руху?
Виходячи зі сформульованого в цій роботі поняття пізнання, система пізнання - це спосіб визначення відносної величини в порівнянні (щодо об'єктивних еталонів) та її причинно-наслідкової залежності (розмірності), формулювання поняття. Але здоровий глузд підказує, що від способу пізнання, пізнаваний об'єкт не повинен залежати, як не залежить від способу пізнання (у порівнянні з еталоном) величини ваги, довжини, часу від еталонів ваги, довжини, часу та ін. Тобто, система пізнання (визначення), це незалежна, еталонна (незмінна та загальноприйнята) від системи руху система. Це різні речі, поняття, що ніяк не пов'язані причинно між собою. Але якщо сама система пізнання рухається (змінюється) в "унісон" (однаково) із системою руху, чи може вона бути системою пізнання цього руху за визначенням, адже вона не вирішить своє завдання і не визначить коректно зміну параметрів системи, що рухається? Ось як "понакосячили" наші класики-теоретики.
І це, панове, базовий принцип та теоретичний фундамент Спеціальної Теорії Відносності Ейнштейна. На набагато точніше, коректніше, коротше і зрозуміліше звучав би принцип пізнання."Якщо система відліку (пізнання) є частиною пізнаваної нею системи руху, то вона не може бути коректною системою пізнання цього руху ". Або"Будь-яка система відліку (пізнання) не повинна бути частиною системи, що нею пізнається." Або ще коротше і суворіше
: "Система пізнання повинна бути незалежною від системи, яку вона пізнає." У побуті ІСО (інерціальної системи відліку) є деякі властивості, які дещо прояснюють її суть. Це перша її властивість -незмінність. Бо якщо "зовнішні сили на тіла системи не діють або їх дія компенсована" ті тіла не змінюють щодо один одного свої координати. Але незмінністю мають лише загальноприйняті зразки - поодинокі заходи, які людина штучно абсолютизує, задля досягнення об'єктивного судження про величину (пізнання). Друга властивість ІСО: в нійтіла рухаються відносно один одного прямолінійно або рівномірно, або відносно один одного спочивають ". Значить, допускається лінійна відносна зміна еталонів систем координат. І тільки в цьому випадку система відліку,
"що рухається рівномірно і прямолінійно щодо деякої інерційної системи відліку, теж є інерційною."
Виходячи з властивостей ІСО, її поняття має бути таким.- є система пізнання руху (спокою), що змінюється однаково (інерційно) системи тіл, щодо одного з тіл цієї системи, яке називається "тілом відліку".
І якщо в якості тіла відліку в даній ІСО буде обрано будь-яке тіло (кілька тіл) цієї системи, то такі є інерційними по відношенню один до одного.
А чим же тоді відрізнятимуться результати пізнання такої (інерційно) системи тіл, що змінюється, в різних ІСО? А вони відрізнятимуться величинами координат цих об'єктів. Величини різниць зміни координат дорівнюють нулю.
Природі взагалі «все одно» як її будуть пізнавати, в яких інерційних або не інерційних системах пізнання це відбуватиметься. Природа змінюється без системи пізнання. Мова в принципі пізнання повинна йти про єдині правила пізнання (методології). Мова повинна йти про те, які вимоги при об'єктивності пізнання повинні бути дотримані, як системи пізнання повинні співвідноситися один з одним, щоб причинно-наслідкові залежності, що описують різними способами закони природи, мали в описі однаковий вид у всіх системах або просто стикувалися між собою. А при всьому цьому системи пізнання не повинні втручатися в перебіг пізнаваних процесів, не повинні впливати на них, змінювати їх.Ось про що має бути принцип відносності пізнання.
Незважаючи на претензію на загальність принципу відносності Ейнштейна, його критичне осмислення призводить до висновку про недостатньо глибокий методологічний підхід до глобального явища відносності пізнання. Наука, в результаті, так і не отримала базового принципу пізнання, в якому відносність розглядалася як загальна методологія пізнання.
По-перше, поняття пізнання та поняття відносності спочатку у Ейнштейна не визначено. Це перша базова методологічна помилка бо кожна теорія містить у основі перелік базових певних понять.Саме від методологічно сформованих базисних понять залежить коректність побудови теорії. Про відносність, як принцип пізнання взагалі жодного слова. Також, базове для інерційної системи поняття інерції і Ньютоном, і Ейнштейном та сучасною фізикою причинно не визначено.
Поняття інерції немає структури, це просто здатність. Із запропонованого принципу Ейнштейном помітно, що він звужений (обмежений) класичними, механістичними, ньютонівськими, зведеними тоді в ранг «найголовніших законів природи», уявленнями про прямолінійний, рівномірний рух у них тіл. З цієї причини про глобальне поширення цього принципу на будь-які властивості, будь-яких об'єктів пізнання, Що передбачає феномен відносності та феномен інерції, мови бути не може. Якщо вже йдеться про фундаментальний принцип пізнання, що бере участь у формулюванні та описі законів природи (об'єктивних причинно-наслідкових залежностей, що виявляються мимо чиєїсь волі), то і поняттяінерційної системи відліку (системи пізнання)
не повинно зводитися тільки до відносної умови рівномірного та прямолінійного механічного руху у нійтіл, а закони природи не повинні «підганятися» під закони механіки. У глобальному принципі мова повинна йти про інерційність систем пізнання та їх характеристик, про застосування об'єктивної еталонної, коректної системи пізнання величин властивостей будь-якої природи, в якій величини цієї системи матимуть об'єктивно певне значення, а поняття сенс, що однозначно трактується.
Щоб сформулювати загальний принцип для будь-яких властивостей, мова спочатку повинна йти про відносність властивостей як таких, про відносне ціле – об'єкт, а не тільки про його механічні властивості: «координат» і час, що визначають класичний відносний рух об'єкта – тіла або математичної точки, про відносність властивостей системи пізнання об'єкта властивостям об'єкта. В окремому випадку інерційних систем, мова повинна йти просистемах пізнання властивостей системи об'єктів, про інерційну систему пізнаннямінливості
(відносної величини зміни) певних пропорційних властивостей об'єктів системи, про інерційну систему пізнання: часу, заряду, температури, тиску, вартості, розміру, щільності, якоїсь енергії тощо.
Складається враження, що Ейнштейн, ввівши нове поняття - інерційної системи відліку (ІСО), пов'язавши його з невизначеним загальнонауковим поняттям інерції, навмисно чи ні (вже не важливо), але заплутав, "замутив" своєю формалізацією загальнонауковий принцип відносності пізнання. Що потім дозволило створити - спеціальну та загальну теорію відносності.Про глобальну значимість принципу відносностіможна судити з сформованої в науці
неінерційної системи пізнання .
На початку 20 століття, науковий світ був «обманюватися радий», а зараз уже мало кому хочеться ворушити давно запорошене пилом часу. А розворушити доведеться, бо пізнання упирається в стіну безпринципності, куди б воно не тицьнулося!
Поняття інерційної системи має різнитися на: систему пізнання(систему відліку (СО)) та систему об'єктів та його властивостей.Це різні за причинно-наслідковою сутністю, незалежні системи. Інерційні системи, це системи пов'язані між собою лінійними залежностями.
В інерційній системі пізнання (відліку),величини всіх властивостей об'єктів у межах цієї системи визначаються однаково (спосіб визначення однаковий, відносний еталон (одиниця виміру) в ІСО всім пізнаваних величин однаковий). Усі зразки у системі пізнання однакові, початку відліку однакові. Якщо зразки цих систем відрізняються один від одного лінійно, але є постійними в рамках однієї системи, то системи з такими "різними" зразками щодо один одного є інерційними. Пізнані величини в цих системах пізнання стикуються між собою лінійними співвідношеннями.
Слід, для більшої ясності, навести приклади інерційних систем відліку (ІСО). Їх безліч. Наприклад, в інерційних систем пізнання вартості товару на біржі, зразки вартості (грошові вільно конвертовані зразки різних держав) відрізняються один від одного за величиною лінійно 1 $ = k * 1руб. Системи визначення об'єктивної вартостіодного й того ж товару, у різних валютах є інерційними. Системи пізнання довжини, Що мають відносні зразки: міліметр, дюйм, сантиметр є інерційні системи пізнання довжини бо зразки пов'язані лінійно 1дюйм = k * 1см. При цьому вони мають єдиний спосіб відліку, точки відліку одні. Системи одиниць (СІ, СДСЄ)числення по відношенню один до одного лінійні, а системи визначення величин у цих одиницях інерційні. Системи пізнання тривалості, Що мають відносні зразки: секунда, хвилина, година, теж є інерційні системи знання тривалості 1год = k * 1сек.
Принцип пізнання для інерційних системмає виглядати так: "У всіх (щодо всіх) інерційних системах пізнання, закони природи (об'єктивні причинно-наслідкові залежності, що описують рух (зміна) властивостей об'єктів у цій системі) мають однаковий вигляд (однакову розмірність), а пізнані величини в цих системах відрізняються один від одного лінійно, тому що еталонні параметри цих систем (еталони) відрізняються лінійно." Тобто, інерційність систем пізнання, це та вимога до систем пізнання, яка робить пізнання зрозумілою та об'єктивною, яка узгоджує системи пізнання лінійними залежностями, дозволяючи їм коректно співіснувати.
Система пізнання зміни властивостейабо система, що змінюється інерційно, відмінна від системи пізнання своєї незалежністю від останньої.
У всіх інерційних системах зміни властивостейоб'єктів, відносні величини властивостей різних об'єктів цієї системи змінюються однаково, а співвідношення пропорційних властивостей залишаються постійними, бо є причинно-наслідково залежними від тих самих причин (подій), що їх змінюють.
І цим системам байдуже, у яких системах визначається ця однаковість зміни. Аби спосіб опису був коректний - система еталонів (координат часу, властивостей) була та сама у межах однієї системи пізнання, аби системи пізнання були коректно стосовно друг до друга, інерційними. Саме така, найзагальніша і суттєва якість є уінерційної системи зміни - системи, що змінюється інерційно.
Але якщо це загальнонауковий принцип, тоді мова повинна йти про ширшу властиву інерційну мінливість. Наприклад, про інерційну систему старіння або дорослішання людей, інерційну мінливість виду під впливом якихось загальних факторів, інерційну систему розвитку суспільства, культурну або інтелектуальну інерційну мінливість, інерційну систему освіти, що змінює інерційно людей правової інерційності, інерційну систему зміни вартості, систему зміни моралі, системі з однаковими принципами співіснування, що змінюються. Поняття інерціальності має підходити до будь-якої системи, у якій змінюються однаково щодо всіх об'єктів даної системи якісь властивості, властиві кожному об'єкту даної системи. І ця однаковість зміни залежить від загальних факторів, що їх змінюють. Мова повинна йти про фундаментальний філософський, загальнонауковий принцип, що відображає явище відносності пізнання, «наріжному камені» методології пізнання мінливості (зміни).
Методологія ж пізнання повинна мати на озброєнні (включати в себе) основний принцип пізнання будь-якого об'єкта, в будь-якій системі, що виключає не причинно-наслідковий підхід.
Поняття або судження вінчає (завершує) пізнання, а судження про відносний рух або спокій тіл, про вид руху, про швидкість, про прискорення та інші відносні величини властивостей механічного процесу і складають процес пізнання механічного руху. Таким чином, виходячи з формулювання пізнання об'єкта («пізнання об'єкта – є визначення його відносної порівняльної характеристики (величини) та її причинно-наслідкової залежності (розмірності), формулювання поняття об'єкта») принцип відносності Галілея як принцип пізнання виглядає так:
«Величина і природа будь-якого пізнаваного об'єкта (властивості), причинно-наслідковоне залежить від системи (способу) його пізнання.Інакше й простіше: "Величина об'єкта пізнання не залежить причинно-відтак від "лінійки", якою ця величина вимірюється (пізнається)". Залежність від зразка (інструменту) виходить суто формальна, а чи не причинно-наслідкова. До методу об'єктивного знання пред'являється єдина вимога – його стандартність (див. визначення стандарту) .З цього принципу випливають три основні наслідки-правила для пізнання властивостей механічних тіл (систем).
1. Співвідношення (різниця) величин пропорційних механічних властивостей(Координат, тривалостей зміни, швидкостей, прискорень, імпульсів, що діють на тіла сил і т.д.) об'єктів-тілзалишається на інтервалі пізнання постійним якщо величини пропорційних сил (причин), що змінюють їх (сили) загальні. Через загальну причинно-наслідкову залежність і закони природи (формалізовані для споживання причинно-наслідкові залежності, виражені у розмірності) мають у своєму описі однаковий вид. Така система зміни називається інерційною.
Тому ніякими загальними (залежними) від цієї системи тіл системами пізнання неможливо мати об'єктивне судження про відносний рух (зміну) або відносний спокій (незмінність) властивостей цих тіл. Звідси випливає і друге слідство.
2. Об'єктивне пізнання властивостей даної системи тіл можливе лише щодо незалежної від системи формальної еталонної системи пізнання (системи відліку), що не змінює цю систему, незмінною та загальноприйнятою для всіх об'єктів даної системи.
При цьому необхідно мати на увазі, що пізнаються ті властивості об'єкта, які пропорційні властивостям системи пізнання. (Тобто, не можна лінійкою виміряти вагу, а годинами - обсяг).
3. Якщо об'єктивні системи пізнання (системи відліку) мають характеристики-еталони, що відрізняються один від одного лінійно, то такі системи називаються інерційними системами пізнання. Відповідно, пізнані щодо них величини відрізняються один від одного так само, лінійно. Інерційність - це найзагальніша вимога до об'єктивних систем пізнання, застосування яких коректне.
Отак мають формулюватися принципи відносності пізнання.
4. Принцип інерції (перший закон Ньютона). Інерційні системи відліку. Принцип відносності.
Як зазначалося, динаміка – це розділ класичної механіки, вивчає рух матеріальних тіл під впливом доданих до них сил, тобто. що дає зв'язок між взаємодіями тіл і змінами в їхньому русі. Вона є основним розділом механіки і базується на трьох законах Ньютона (1687 р.) Перший закон Ньютона (закон інерції) формулюється так: всяке тіло (матеріальна точка) зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху доти, доки вплив з боку інших тіл не змусить його змінити цей стан. Властивість тіла зберігати стан спокою або рівномірного прямолінійного руху за відсутності або взаємного врівноваження зовнішніх впливів називаєтьсяінертністю . Якщо на тіло діє неврівноважена система сил, то інертність позначається на тому, що зміна стану спокою чи руху тіла відбувається поступово, а чи не миттєво. У цьому рух змінюється тим повільніше, що більше інертність тіла.Мірою інертності тіла при поступальному русі є маса .Перший закон Ньютона виконується не у будь-якій системі відліку. Системи, у яких він виконується, називаються інерційними системами відлікуі в ній не виконуються ні закон інерції, ні другий закон Ньютона, ні закон збереження імпульсу. Поняття «інерційна система відліку» є науковою абстракцією. Реальна система відліку завжди пов'язується з яким-небудь конкретним тілом (Землею, корпусом корабля тощо), стосовно якого вивчається рух тих чи інших об'єктів. Однак у природі немає нерухомих тіл (тіло, нерухоме щодо Землі, рухатиметься разом із нею прискорено стосовно Сонцю і зірок), тому будь-яка реальна система відліку може розглядатися як інерційна лише з тим чи іншим ступенем наближення. З дуже високим ступенем інерційної точності можна вважати геліоцентричну (зоряну) систему з початком координат в центрі Сонця і з осями, спрямованими на три зірки. Для вирішення більшості технічних завдань інерційною системою можна вважати систему відліку, жорстко пов'язану із Землею (не враховується обертання Землі навколо власної осі та навколо Сонця).Як зазначалося, маса – це фізична величина, визначальна інерційні властивості матерії. Маса - це властивість самого тіла і, на відміну від ваги, не залежить від місця її виміру (вага Ртіла у різних точках земної кулі різний: він максимальний на полюсах і мінімальний на екваторі). Прискорення вільного падіння Поняття «інерційна система відліку» є науковою абстракцією. Реальна система відліку завжди пов'язується з яким-небудь конкретним тілом (Землею, корпусом корабля тощо), стосовно якого вивчається рух тих чи інших об'єктів. Однак у природі немає нерухомих тіл (тіло, нерухоме щодо Землі, рухатиметься разом із нею прискорено стосовно Сонцю і зірок), тому будь-яка реальна система відліку може розглядатися як інерційна лише з тим чи іншим ступенем наближення. З дуже високим ступенем інерційної точності можна вважати геліоцентричну (зоряну) систему з початком координат в центрі Сонця і з осями, спрямованими на три зірки. Для вирішення більшості технічних завдань інерційною системою можна вважати систему відліку, жорстко пов'язану із Землею (не враховується обертання Землі навколо власної осі та навколо Сонця). g Ртіл на Землю також залежить від географічної широти місця спостереження та його висоти над рівнем моря. Однак відношення ваги тіла
до його прискорення однаково у всіх точках земної кулі. Це ставлення прийнято для кількісного виміру маси: 8 За одиницю маси прийнято кілограм маси, рівний масі зразка, виготовленого зі сплаву іридію і платини. Слід зазначити, що маса тіла вважається постійною величиною тільки в класичній механіці Ньютона, що вивчає рух тіл зі швидкостями, невеликими в порівнянні зі швидкістю світла ( c ≈ 300000 км/с = 3*10
м/c ). У сучасній фізиці встановлено, що маса тіла збільшується зі збільшенням швидкості його руху за законом:де m; - Маса тіла, що рухається зі швидкістю v ). У сучасній фізиці встановлено, що маса тіла збільшується зі збільшенням швидкості його руху за законом: 0 з
(2.2)
- швидкість світла;
- Маса тіла, що покоїться. З формули (2.1) випливає, що вага тіла
тобто. вага – це сила, з якою тіло притягується Землею, тобто. та сила, яка повідомляє тілу прискорення g = 9,81 м/с 2:
1 кг = 1 кг*9,81 м/с 2 .
З іншого боку,
1 Н = 1 кг*1 м/с 2
Для опису впливів тіл (матеріальних точок) один одного вводиться поняття сили. Під впливом сил тіла чи змінюють швидкість руху, тобто. набувають прискорення (динамічний прояв сил), чи деформуються, тобто. змінюють свою форму та розміри (статичний прояв сил). Таким чином, сила- це векторна величина, що є мірою механічного впливу на тіло з боку інших тіл або полів, в результаті якого тіло набуває прискорення або змінює свою форму та розміри. У кожний момент часу сила характеризується числовим значенням (модулем), напрямом у просторі та точкою програми.
Інерційна система відліку– це система відліку, щодо якої вільна матеріальна точка не піддається впливу інших тіл, рухається рівномірно прямолінійно; це така система, яка або спочиває, або рухається рівномірно і прямолінійно щодо якоїсь іншої інерційної системи.
Принцип відносності- фундаментальний фізичний закон, згідно з яким будь-який процес протікає однаково в ізольованій матеріальній системі, яка перебуває у стані спокою, і в такій же системі може рівномірного прямолінійного руху. Стан руху або спокою визначається по відношенню до довільно обраної інерційної системи відліку. Принцип відносності є основою спеціальної теорії відносності Ейнштейна.
Принцип відносності (Галілея): ніякі досліди (механічні, електричні, оптичні), проведені всередині цієї інерційної системи відліку, не дають можливості виявити, чи ця система спочиває або рухається рівномірно і прямолінійно; всі закони природи інваріантні стосовно переходу від однієї інерційної системи відліку до іншої.