Естествознание

Движение

Механику в давние времена называли искусством решать затруднительные вопросы. Применяли его для расчетов рычажных механизмов и искусственных сооружений.

Так, в кинематике — учении о рычажных механизмах — понятий о тяжести нет и время на расчеты не влияет. В ней поверхности создают низшие пары — шарнир, ползун по направляющей; линии и точки — высшие, зубчатые зацепления. Движения звеньев рычажных цепей определяют тремя вращательными и тремя поступательными степенями свободы.

В статике, гидро и аэростатике представления о процессах основаны на рычажном принципе моментального равенства взаимодействий.

В кинетике (др.-греч. κίνησις — движение) — новые авторы абстрагировались от рычажных взаимодействий в природной среде, а "статику и динамику объединили на основе законов Ньютона и принципа относительности Галилея".

О новом учении движения

Принято считать, что современная физика началась с того момента, как Галилей провел опыты по скатыванию чугунных ядер с пизанской башни на наклонных желобах. Сделанное им открытие поможет и нам: на желобах, приставленных к башне под разными углами, ядра разгонялись до одинаковой скорости, то есть приобретали одинаковый импульс. Равенство импульсов им обеспечили проявления действий мест природной среды и рычажных устройств — наклонных плоскостей. Моментальные точки опор при твердом качении на малых скоростях устранили сопротивления. Любопытно: долгое время постановка этого вопроса казалась странной. Совершенно непостижимым образом ученые сосредоточили свое внимание на "мухе" — мизерных потерях при качении, упорно не желая видеть "слона": практическое исчезновение трения при переходе в равных условиях от скольжения к качению. Точные измерения, проведенные в лаборатории автора, показали, что потери на трение при таком переходе уменьшаются примерно в сто тысяч раз. Спрашивается, куда же и почему исчезает трение? (Аскольд Силин: Трение и мы)

"Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due scienze attenenti alla mecanica et i movimenti locali", 1638. "Здесь мы даем основания для учения совершенно нового о предмете древнем, как мир. Движение всем знакомо, но, несмотря на то, что философы написали о нем большое количество толстых томов, важнейшие свойства его остались неизвестными. Все знают, что падающее тело движется ускоренно, но в каком отношении оно ускоряется, никто еще не определил. Никто, в самом деле, еще не доказал, что длины путей у падающего тела в равные времена относятся между собою как нечетные числа. Все знают, что брошенные горизонтально тела описывают кривые, но что это параболы, никто еще не доказал. Мы это докажем и это послужит основой наук, которые великие умы разработают обширнее.

Я представляю, что тело пущено вдоль по горизонтальной плоскости; если бы все сопротивления были уничтожены, то движение было бы вечно равномерным, если бы плоскость простиралась в бесконечность. Если же плоскость ограничена, то, когда тело придет на границу ее, оно станет подвергаться воздействию силы тяжести, и с этого времени к его предыдущему и неотъемлемому от него движению присоединится падение под влиянием веса; тогда произойдет соединение равномерного движения с равноускоренным".

Остается и нам на шаре Земном представить "плоскость, простирающуюся в бесконечность". Формулы кинетики можно счесть по пальцам: равномерного (vo=const) движения: путь S=v×t; скорость v=S/t. В равномерно ускоряющемся (от vo=0): ускорение a=v/t=const; скорость v=a×t; путь S=a×t2/2. Равномерно ускоряющегося (от vo≠0): скорость v=vo+a×t; путь S=vo×t+a×t2/2. Для круговых вращений точки символы S, v, a заменяют на φ, ω, ε (угловые путь, скорость и ускорение). А с "динамикой" их объединяет перемножение с символом массы m.

О работе вектора силы

По новому учению движения пушечное ядро, запущенное вертикально вверх, должно терять скорость в том же темпе (≈9,8 м/с2), в каком увеличивать при падении. Время полета вверх должно быть равно времени падения вниз. Когда ядро возвратится в точку, из которой было запущено, скорость ядра должна быть равна скорости при выстреле. Предлагаем вам самим проверить на опыте все эти заключения (Л.Элиот, У.Уилкокс: Физика)

Теперь Галилей и Ньютон стали для математиков словно иконами, а байка что "все-таки она вертится" будто молитвою. Но, по словам Козьмы Пруткова, многие вещи нам непонятны не потому, что наши понятия слабы; но потому, что сии вещи не входят в круг наших понятий.

Проявления упругости природной среды при относительных перемещениях абстрагировали к вектору инерциальной силы. Вектор — символ стрелы. Его задают: 1) направлением; 2) числовым значением; 3) точкой приложения. Но что в векторе называть работой?

Так, по гладкому льду катится стальной шарик — он совершает работу? В физико-математических разделах ее задают перепадом высот падений h или коэффициентом поверхностного трения k. Здесь они равны или близки к нулю. А эффекты тепловой работы от дисбаланса внутренней среды в моментальных точках опор твердого качения остаются ненаблюдаемыми. Ладно, тело весом P=m×g падает с высоты h; его работа — А=m×g×h. Задано направление, числовое значение, точка приложения, строго соблюдены все формальные условия. Но что этот вектор силы преодолевает? (Михаил Блудов: Беседы по физике)

Про движущее начало

Полагая, что проявления мощности движут то, что может быть и неподвижным, и движущимся, а если движущимся, то самим собой или другим, мы признали, что у движений есть начала: у движущихся — проявления мощности, приводящие их в движение, у всего вообще — неподвижное движущее начало.

На небесной сфере образы светил непрестанно совершают гармонические колебания. Значит, есть начало, приводящее их в движение, то, что движет проявлением мощности, само не находясь в движении. Нечто вечное, являющее собой сущность и реальную активность (Аристотель)

Современные комментаторы трудов Аристотеля, как правило, практикуются в сарказме:

"Он указывает на зависимость видимой области вечного — неба неподвижных звезд, и области изменчивого — природы, включающей в себя все земные процессы от неподвижного движущего начала, но ограничивается общим указанием без дальнейшей разработки вопроса о характере и форме этой зависимости. В результате, различая и определяя специфику трех видов сущности — Бога, вечного неба и природы, он не сводит их в систему содержания, места и способа связи" (А. Надточаев: Философия и наука в эпоху античности)