Центробежная сила
Корни этого положения вещей кроются в фундаментальных ошибках Ньютона, одна из которых касается понимания природы центростремительной силы.
Отрывая свой труд «Материалистические начала натуральной философии» 1686 года Исаак Ньютон предваряет его описанием терминов, которые он использует в своей работе. Так на странице 26 [1] читаем:
«Центростремительная сила есть та, с которою тела к некоторой точке, как центру, отовсюду притягиваются, гонятся или как бы то ни было стремятся.
Такова сила тяжести, под действием которой тела стремятся к центру Земли; магнитная сила, которою железо притягивается к магниту, и та сила, каковою бы она не была, которые планеты постоянно отклоняются от прямолинейного движения и вынуждаются обращаться по кривым линиям…»
Здесь Ньютон достаточно не двусмыслено определяет центростремительную силу, как некую внешнюю силу действующую на тела и заставляющюю их изменять свое прямолинейное джижение в соответствии с его первым законом механики на криволинейное движение. Здесь важно отметить, что под центростремительной силой Ньютон понимает именно силу, а не просто препятствие прямолинейному движению.
Но вот то, что он пишет далее является одной из его фундаментальных ошибок определившей судьбу центробежной силы:
«Камень, вращаемый в праще, стремится удалиться от вращающей пращу руки, и этим свои стремлением натягивает пращу тем сильнее, чем сильнее вращение, и как только его пустят, то камень улетает.
Силу, противоположную сказанному стремлению, которою праща постоянно оттягивает камень к руке и удерживает его на круге, т.е. силу направленную к руке или к центру описываемого круга, я называю центростремительной. Это относится и до всякого тела, движущегося по кругу.»
Здесь Ньютон становится заложником логического принципа «аналогия»: если гравитационная и магнитная сила являются центростремительными, то и любое непрерывное ограничение прямолинейного движения является силой.
Если в отношении гравитационной и магнитной силы утверждение, что эти силы являются центростремительными, при определенных условиях, верно, то распространение этого утверждения на все случаи непрерывного ограничения прямолинейного движения является фундаментальной ошибкой Ньютона.
Праща, удерживающая камень на орбите вращения, не создает ни какой силы, а лишь препятствует прямолинейному движению камня. Это доказывается тем, что сила, которая натягивает пращу, пропорциональна угловой скорости вращения, и если бы существовала аналогичная центростремительная сила, то тело бы, сколько не увеличивай скорость вращения, всегда оставалось бы в равновесии, так как пропорционально этому увеличивалась бы и центростремительная сила. Но при достижении определенной скорости вращения, если прочность материала пращи будет недостаточна, она рвется и камень уходит с орбиты, но не в сторону центра, а в противоположную. Причём не по касательной как многие считают, а под углом к ней в 54,74 градуса.
Если бы Ньютон, провел опыт с телом, свободно передвигающимся по вращающемуся штоку, то увидел бы, что тело это всегда стремится от центра к периферии и никогда обратно. Если не ограничивать тело на концах штока, то оно всегда уходит с орбиты вращения. Это указывает на то, что на тело во время вращения действует, лишь одна сила, направленная в противоположную от центра вращения сторону, а центростремительной силы в пассивных связях физически не существует. Поэтому отождествлять реакцию кинематической связи с центростремительной силой в корне не верно.
Сделав эту фундаментальную ошибку, Ньютон вновь возвращается к рассмотрению центростремительной силы тождественной гравитационному и магнитному взаимодействию, тем самым дав понять, что кинематическая связь во вращательном движении и собственно источники центростремительной силы суть одно и тоже, закрепив в сознании своих последователей искаженное понимание природы центростремительной силы. Так на странице 81 [1] он пишет в отношении тела вращающегося внутри круга:
«Такова центробежная сила, с которою тело давит на круг; ей равна и противоположна сила, с которою круг отталкивает тело к своему центру.»
Здесь мы уже видим приложение четвертого следствия третьего закона Ньютона: у любого действия есть равное и обратно направленное противодействие.
Ложность этого утверждения показана мною в статье «Третий закон Ньютона».
В рассмотренном случае в отсутствии природной центростремительной силы (гравитационной, магнитной или иной аналогичной) круг лишь ограничивает движение тела под действием центробежной силы, но сам при этом никакой силы не создает.
На странице 513 [1] Ньютон достаточно витиевато объясняет, что основной причиной, по которой Луна находится на своей орбите, есть равенство центростремительной и центробежной силы. Причем в качестве центростремительной силы Ньютон рассматривает силу тяжести, или как мы её теперь называем силу гравитационного взаимодействия.
Этим утверждением Ньютон фактически признает, что при наличии двух равных по модулю и противоположных по направлению сил вращательного движения, тело находится в равновесии неограниченно долго. Поэтому если в связке двух тел отсутствует центростремительная сила, то тело сателлит, которое движется вокруг центра вращения, будет находиться под действием всего одной физически реальной силы - центробежной. В связи с этим для того чтобы удержать его на стационарной орбите нужна кинематическая связь, позволяющая сохранять расстояние между телами постоянным. При этом следует помнить, что эта связь, также как и тело-сателлит будет находиться под воздействием центробежной силы со всеми вытекающими из этого последствиями.
Далее Ньютон рассматривает различие природы центростремительной силы, в качестве которой выступает гравитация, и центробежной силы.
Гравитационная сила всегда направлена к центру Земли, поэтому её значение в любом месте на поверхности Земли одинаково.* А вот центробежная сила зависит от расстояния рассматриваемой точки до оси вращения Земли, и чем дальше от полюсов, тем больше его значение. В связи с этим вес тела у полюса будет больше чем на экваторе. Этого не могло бы произойти, если бы центростремительная сила находилась в той же плоскости, что и центробежная, и зависела от параметров вращательного движения. Отсюда мы можем сделать один единственный вывод, что центростремительная сила (именно сила) является особого рода природной силой и зависящей исключительно от расстояния между телами, а не от угловой скорости тела-сателлита.
Этот вывод подтверждает и собственно форма Земли – сплюснутый эллипсоид, образовавшийся благодаря тому, что в природе не существует центростремительной силы, в том виде, в каком её представляет Ньютон вне действия природных сил взаимодействия материальных тел (гравитационных, магнитных и аналогичных).
Таким образом, вращательное (криволинейное) движение является уравновешенным в двух совершенно разных случаях:
1. В качестве центростремительной силы выступает некая природная сила, характер которой не зависит от скорости движения тела-сателлита по криволинейной траектории. В качестве такой силы может выступать гравитационная, магнитная или аналогичная им сила.
2. Вращательное (криволинейное) движение осуществляется исключительно под воздействием центробежной силы, действие которой ограничивается кинематической связью, которая в свою очередь, так же находится под её воздействием. В этом случае, ни какой центростремительной силы в криволинейном движении нет.
1. Ньютон Исаак. Математические начала натуральной философии. - М.: Наука, 1989. Перепечатка с VII тома собрания трудов академика А.Н. Крылова, его собственного перевода. М.-Л.: изд. АН СССР, 1936.
* Эта одинаковость условна в определенных границах.
Свидетельство о публикации №218011400895
Препятствует прямолинейному движению камня и удерживает его на орбите вращения как раз сила натяжения пращи! И направлена она к центру вращения, к руке, то есть это центростремительная сила.
Борис Владимирович Пустозеров 20.04.2018 00:08 Заявить о нарушении
Александр Захваткин 20.04.2018 08:16 Заявить о нарушении
Как раз этот ограничитель или натянутая верёвка пращи заставляют камень делать движение к центру, когда он движется по касательной к орбите, то есть если бы не ограничитель или праща, камень сразу бы двигался по прямой, а не по орбите. Когда человек крутит пращу, он сразу прикладывает к камню две силы - одну по прямой (толкание камня), вторую перпендикулярно ей - к себе (притяжение камня).
Борис Владимирович Пустозеров 20.04.2018 19:57 Заявить о нарушении
Если бы что либо ограничитель или веревка заставляли бы камень двигаться к центру он бы туда и двигался. Но себя да же в кошмарном сне не могу представить, что бы раскрученная праща направила бы камень мне в голову, которая находится в центре вращения.
Борис Владимирович у Вас похоже совсем голова закружилась раз Вы утверждаете, что центростремительная сила направленна к центру вращения, но при этом она никогда туда тело не отправляет. Меня например в школе учили если силы нет то и движения нет и наоборот если нет соответствующего движения, то и силы для его реализации не существует. Но Вы очевидно учились по каким-то другим учебникам в которых утверждалось, что сила может существовать, но при этом движения не будет.
Все таки попробуйте объяснить на доступном пониманию языке, почему центростремительная сила не передвигает тело к центру вращения раз уж она туда так стремится, а все время топчется на орбите.
Александр Захваткин 20.04.2018 20:42 Заявить о нарушении
Борис Владимирович Пустозеров 20.04.2018 22:58 Заявить о нарушении
Во Вашей версии на во время вращения на камень будут действовать всего две силы: тангенциальная, которая задаёт направление движения камня по орбите и центростремительная, которая отклоняет камень в направлении центра вращения.
В соответствии с правилом сложения сил результирующая этих двух сил будет направлена под 45 градусов (при условии, что они равны между собой) внутрь, т.е. камень в этом случае должен двигаться по спирали и очень скоро должен очутиться в центре вращения.
Но в Вашем случае тангенциальная и центростремительная силы плевать хотели на правила и продолжают двигаться по орбите!?!
Александр Захваткин 21.04.2018 10:44 Заявить о нарушении
Борис Владимирович Пустозеров 21.04.2018 17:19 Заявить о нарушении
В физике нет такого понятия "слегка" это во-первых.
Во вторых, если на тело не будет действовать третья сила в результате которой тангенциальная сила становится равнодействующей, то равнодействующая сила от тангенциальной и центростремительной всегда будет утягивать тело по спирали к центру вращения. Даже если это отклонение будет измеряться в микронах или его долях. Для того чтобы получить "чуть чуть" - центростремительная сила должна быть существенно меньше тангенциальной силы. Лично мне такое соотношение не известно. Если Вам оно известно, то напишите его или дайте ссылку, где такая ахинея написана.
Александр Захваткин 22.04.2018 00:17 Заявить о нарушении
Борис Владимирович Пустозеров 22.04.2018 01:36 Заявить о нарушении
Чтобы свободно перемещающееся по вращающемуся штоку тело находилось на какой либо фиксированной орбите на нём на него должны действовать три силы: тангенциальная, центростремительная и центробежная. Тогда где бы мы с Вами не установили на штоке наше тело оно оставалось бы там, все время пока существовало бы вращательное движение. Но в эксперименте этого произвести не удается. Тело всегда с началом вращения сдвигается в сторону обратную от центра, т.е. стремится покинуть центр. В этом случае мы действительно имеем всего две силы: тангенциальную и центробежную, а вот центростремительная сила в этом эксперименте "испаряется". Если бы как Вы утверждаете существовало бы только две силы: тангенциальная и центростремительная, то эксперимент должен был показать движение тела к центру вращения. Но этого никогда не происходит, потому, что центростремительной силы в природе не существует.
То что Вы этого не понимаете, следует отнести к особенностям Вашего восприятия мира: верят же миллионы людей в реальность Иисуса Христа, хотя на самом деле это литературный герой. Так и Вы верите в то чего нет в природе и ни какие аргументы верующего человека не переубедят. Поэтому наша дискуссия на эту тему теряет всякий смысл, я не разделяю Вашей слепой веры, Вы не можете её преодолеть и взглянуть на объективные факты без предубеждения.
Александр Захваткин 22.04.2018 08:26 Заявить о нарушении
Ваша ошибка в том, что вы рассматриваете эту систему как инерциальную, в которой действует третий закон Ньютона, то есть когда на тело действуют две уравновешивающие друг друга силы, тело будет находиться в покое и начнёт двигаться лишь с приложением третьей силы - в данном случае силы тангенциальной. Но рассматриваемая Вами система является вращательной, то есть неинерциальной, и третий закон в ней не действует, то есть для того чтобы тело начало двигаться по кривой, необходимо всего две разнонаправленные силы, а чтобы кривая стала окружностью, одна из сил должна быть постоянно направлена к центру такой окружности.
Раздел физики "Статика" рассматривает взаимодействие тел и действующие силы в инерциальных системах отсчёта - при равномерном прямолинейном движении этих систем. Действующие силы нашей системы рассматриваются в разделе "Динамика".
Борис Владимирович Пустозеров 22.04.2018 11:35 Заявить о нарушении
Я уже Вам неоднократно говорил о том, что изучать вращательное движение необходимо с условия свободного перемещения тела по радиусу вращения.
Помещаем тело максимально близко к центру и начинаем вращение. Сколько раз ни повторять этот опыт результат всегда будет один и тот же - тело начнёт удаляться от центра вращения, либо до ближайшего упора, либо просто "улетит" со штока.
Все таки, попробуйте объяснить почему тело упорно удаляется от центра вращения, если оно находится под воздействием центростремительной силы, которое как Вы утверждаете притягивает тело к центру вращения.
Попробуйте обойтись без думающего тела, типа "забыло", "не заметило", "ошиблось" и т.д. Хотелось бы услышать рациональное объяснение.
Александр Захваткин 22.04.2018 14:29 Заявить о нарушении
Если "тело упорно удаляется от центра вращения", центростремительной силы нет, поэтому ничто не притягивает тело к центру вращения.
Борис Владимирович Пустозеров 22.04.2018 14:53 Заявить о нарушении
Вопрос первый: вращение уже началось, а центростремительной силы все ещё нет - где она в это время находится, и самое главное, каким математическим аппаратом это описать (т.е. движение есть, а сила равна 0)?
"на него действует тангенциальная сила, направленная по касательной к окружностям, которые проходят через точку нахождения тела в каждый момент времени."
Вопрос второй: для того чтобы что-то смогло сквозь чего ни будь пойти оно должно откуда-то прейти - откуда приходит тангенциальная сила?
"Радиус этих окружностей будет увеличиваться всё время, пока действует тангенциальная сила (поэтому тело "убегает" от центра)"
В каждый исчезающе малый интервал времени тело меняет направление своей тангенциальной силы в сторону обратную удаления от центра, то есть следуя Вашей логики оно наоборот должно приближаться к центру, или в нашем случае от него не оторваться. Постройте эпюры касательных к окружности и Вы увидите куда направлена их результирующая. Предложенное Вами объяснение противоречит законам кинематики твердого тела.
"но станет постоянным, как только появится ближайший упор или закончится длина привязанной к телу верёвки - это значит, что на тело начинает действовать центростремительная сила, и с этого момента тело движется по окружности."
Вопрос третий: центростремительная сила появилась только в момент контакта тела с преградой, за мгновение до этого, где она была?
"Если "тело упорно удаляется от центра вращения", центростремительной силы нет, поэтому ничто не притягивает тело к центру вращения."
То есть, насколько я понимаю Вы согласились с тем, что центростремительная сила В вашем случае появилась исключительно после того, как тело преодолело расстояние от центра вращения до ближайшего упора. А теперь попробуйте объяснить, почему тангенциальная сила возникает сразу с начала движения, а центростремительная спустя некоторое время. И хочу обратить Ваше внимание, мы подразумеваем под центростремительной силой именно силу в соответствии со Вторым законом Ньютона, где как Вы знаете присутствует ускорение. Почему его нет в момент начала движения, и какая сила толкает тело прочь от центра? Тангенциальная сила не может этого сделать так как направлена строго перпендикулярно к радиусу вращения и её проекция на этот радиус равна 0.
Александр Захваткин 22.04.2018 20:48 Заявить о нарушении
Второй вопрос ещё более странный, ведь тангенциальная сила – это Ваше усилие, направленное на вращение штока.
Фраза «В каждый исчезающе малый интервал времени тело меняет направление своей тангенциальной силы в сторону обратную удаления от центра» мне непонятна, это какая-то чепуха, я такого не писал, откуда Вы это взяли?
Вопрос третий – да, центростремительная сила – это воздействие преграды на тело, поэтому до преграды она и не возникала. Да, центростремительная сила появилась исключительно после того, как тело преодолело расстояние от центра вращения до ближайшего упора.
А тангенциальная сила возникает сразу с начала движения, потому что это Ваша сила, Ваше усилие, Вы вращаете шток. А центростремительная сила возникает позже, потому что Вы непосредственно на тело не воздействуете, и оно свободно движется в штоке от центра до ближайшего упора.
И хочу обратить Ваше внимание, мы ни в коем случае не подразумеваем под центростремительной силой силу в соответствии со Вторым законом Ньютона, где присутствует ускорение, потому что все три закона Ньютона описывают только ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ! А рассматриваемая нами система ВРАЩАТЕЛЬНАЯ, то есть неинерциальная. Почему никакого ускорения в сторону центра в момент начала движения нет, а какая сила толкает тело прочь от центра – именно тангенциальная! Она направлена строго перпендикулярно к радиусу вращения и в каждый момент времени этот радиус будет увеличиваться, потому что тело в штоке не закреплено и движется не по окружности, а по касательной к окружностям увеличивающегося радиуса.
У меня такое ощущение, что я в пятый раз объясняю одно и то же.
Борис Владимирович Пустозеров 22.04.2018 22:17 Заявить о нарушении
...рассматриваемая нами система ВРАЩАТЕЛЬНАЯ, то есть неинерциальная. Поэтому никакого ускорения в сторону центра в момент начала движения нет,
Борис Владимирович Пустозеров 22.04.2018 22:24 Заявить о нарушении
Дискуссия перешла в циклический режим. Предлагаю её остановить.
Александр Захваткин 23.04.2018 11:52 Заявить о нарушении