Диспут о центростремительной силе

Действующие лица:
Коновалов Анатолий Николаевич  (13.01.1936 – 13.08.2021) – д. ф.-м. наук, профессор, академик РАН (2006), автор впечатляющих «Основ новой физики и картины мироздания» (2006). Награды и премии: медаль «За заслуги перед Отечеством» 2-ой степени (2016), лауреат Государственной премии СССР (1988), премия Правительства РФ в области образования (2008).
Кононюк Анатолий Ефимович – доктор наук (по-видимому, технических) и плодовитый писатель (Украина).
Эткин Валерий Абрамович –  д.т.н., профессор, действительный член Международной академии Творчества (Москва, 1995), Международной академии биоэнергетических технологий (Киев, 2003), Европейской академии естественных наук (ЕАЕН, Ганновер, 2008), член Международного клуба учёных (СПб., 2006). Автор 10 книг, в том числе монографий «Термокинетика» (1999) и «Энергодинамика" (2008)), а также более 250 научных статей.

1. Официальная физика о центростремительной силе

     Суть позиции: «В случае установившегося движения тела по круговой траектории за счёт единственной силы, действующей в направлении центра вращения, вся эта сила является центростремительной. Она направлена перпендикулярно к вектору скорости, работы за полный круг не совершает, кинетическая энергия тела не изменяется. Такое движение может продолжаться неограниченно долго» [1].

2. Критика понятия «центростремительное ускорение» учёными

•  Коновалов: «Ещё один вопрос, на котором надо остановиться при рассмотрении движения тела по окружности - это вопрос существования центростремительного ускорения не как математической абстракции, а как физической реальности»  [2, с. 20]. «В рассматриваемом случае центростремительная сила (лучше сказать - сила притяжения) перпендикулярна вектору скорости, следовательно, работу не совершает и ускорения не вызывает. На этом основании введение понятия центростремительного ускорения нанесло очевидный вред физике (особенно физике микромира), хотя и понятно, как стремление " сохранить" второй закон Ньютона» [2, с. 22].

• Кононюк: Цитирую «Обобщённую теорию моделирования» [3, с. 99]: «Центростремительное ускорение при равномерном движении по круговой орбите отсутствует… Во-первых, при равномерном движении по круговой орбите нет изменения модуля касательной скорости, то есть, нет ускорения в принципе. Во-вторых, согласно второму закону Ньютона ускорение является функцией от силы и от массы, а в определяющих уравнениях (9) и (10) нет ни силы, ни массы».
А.Е. понимает, таким образом, ускорение тела «на свой макар» – не так, как общепринято в классической физике. Классика не делает в определении этого понятия каких- либо исключений: «Ускорением точки называется векторная величина а, равная первой производной по времени от скорости v рассматриваемой точки» [3, с. 11].

• Эткин: «… следует различать процесс ускорения (или торможения) тел, состоящий в данном случае в изменении кинетической энергии электронов Ek = mew2/2 (где w, me - их скорость и масса), и процесс их переориентации, состоящий в изменении направления вектора скорости w при постоянстве её модуля w. Это означает, что модуль скорости электрона w = ;w; и единичный вектор е, характеризующий направление вектора скорости, являются координатами двух независимых процессов – ускорения и переориентации.
С этих позиций равномерное круговое движение электронов нельзя называть ускоренным, поскольку его кинетическая энергия определяется только величиной, а не направлением скорости. Последнее тем более очевидно, что процесс ускорения требует затраты определённой работы, в то время как центростремительная сила Fц всегда направлена по нормали к вектору w и потому не совершает никакой работы ускорения. Поэтому следует скорее признать неудачным введение в механику термина 'центростремительное ускорение', нежели считать противоречащим электродинамике безызлучательное движение электронов по круговой орбите» [4].

3. Пример расчёта работы центростремительной силы

• Движение тела по окружности в пределах малого промежутка времени можно заменить последовательным движением его по радиусу, а затем по перпендикуляру к радиусу. По радиусу тело движется ускоренно под влиянием центростремительной силы, по перпендикуляру к радиусу – по инерции. Элементарная работа dA центростремительной  силы на отрезке радиуса dr можно представить в виде: dA = dr (mv*2/r). При dr = 0,05 см, r = 50 см, m = 30 Г, v = 1 м/сек (значения взяты произвольно для демонстрации) работа dA = 3 10*-5 дж. Кинетическая энергия тела: W =  mv*2/2 = 1,5 10-2 дж.
     Модуль тангенциальной скорости тела, несмотря на то, что центростремительная сила совершает работу, не меняется в силу перпендикулярности рассматриваемых векторов.   

Заключение

1. Оснований для исключения из теоретической механики понятия центростремительного ускорения нет в силу того, что это ускорение существует реально. Оно есть продукт взаимодействия двух сил – силы инерции и силы реакции центра вращения.
2. Учебники и пособия по физике в своих материалах по динамике кругового движения упускают из виду очень важный факт – центростремительная сила производит работу по удержанию вращающегося тела на круговой траектории.

Источники информации

1. Центростремительная сила. Викиепедия.   
   https://ru.wikipedia.org/wiki/% D1% D1%...
2. Коновалов В.К. Основы новой физики и картины мироздания. 2013.
   http://www.new-physics.narod.ru
3. Кононюк А.Е. Обобщённая теория моделирования. Книга 3 (часть 2). – Киев: Освiта Украiнi, 2018.  – 563 c.
4. Эткин В.А. (2001), Классические основания квантовой механики. – Журнал «Самиздат». Размещён 11.11.2005, изменён 15.01.2011.
                Опубликовано: 13.10.2021