1611143575-9594eae618314f5037b2688bf71c4d71 (825039), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Опытной проверке подвергается ие каждый закон в отдельности, а вся система в целом. Ввиду исключительной роли, которую играют законы Ньютона в механике, приведем их в том виде, в каком они были сформулированы самим Ньютоном (перевод акад. А.
Н. Крылова). Формулировке основных законов Ньютон предпосылает восемь определений, из которых для нас здесь важны первые четыре. Определение 1. Количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объему ее. Определение 2. Количество движения есть мера такового, устанавливаемая пропорционально скорости и массе. Определение 3. Врожденная сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Определение 4. Лриложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерною прямолинейного движения. Закон 1. Всякое тело продолжает удерживаться в сюем соспюянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенньгми силами изменить это состояние. Закон 2. Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению пюй прямой, по которой эта сила действует. 64 зАконы ньютонА Закон 3.
Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны. Понятие массы у Ньютона отличается неясностью, поскольку им не было дано определения плотности. Кроме того, представление массы как произведения объема тела на плотность содержащегося в нем вещества возможно только для макроскопических тел, но не для элементарных н атомных частиц. Поэтому ньютоново определение массы не удержалось в науке и было заменено другими определениями. Аристотель и его последователи рассматривали силу как причину движения. Они считали, что с прекращением действия силы прекращается и движение тела.
Сила необходима для поддержания движения. Установление первого закона Ньютона Означало, что такое представление о силе является неправильным, так как для поддержания (равномерного) движения никаких «сил» не требуется. Силу стали рассматривать как причину изменения количества движения тела. А так как это изменение вызывается другими телами, то можно дать следующее определение силы.
Сила есть мера интенсивности взаимодействия тел, проявляюи4аяся в изменении их калачев»пва движения. Ниже мы подробно разберем содержание законов Ньютона и связанных с ними понятий, хотя и не будем следовать той системе изложения, которая была принята самим Ньютоном. й 9. Закон инерции. Инерциальная система отсчета !. В качестве первого закона движения Ньютон принял закон инерции, открытый еще Галилеем. Согласно этому закону тело Гматериальная точка), не подверженное внешним воздействиям, либо находится в покое, либо движется прямолинейно и равномерно.
Такое тело называется свободным, а его движение — свободным движением' или движением по инерции. Свободных тел, строго говоря, не су1цествует. Онн являются физическими абстракциями. Однако можно поставить тело в такие условия, когда внешние воздействия на него по возможности устранены илн практически компенсируют друг друга. Представив себе, что эти воздействия беспредельно уменьшаются, мы и приходим в пределе к представлению о свободном теле и свободном движении. Здесь, однако, возникает следуюшая трудность.
Как убедиться в том, что тело не подвержено внешним воздействиям? Об этом нельзя судить по отсутствию ускорений. Нужны какие-то другие независимые способы. Иначе закон инерции потерял бы всякое содержание. Вполне удовлетворительного ответа на этот вопрос не существует. В отсутствии внешних воздействий мы убеждаемся по отсутствию растягнвающих пружин или веревок, которые тянут 9 М ЗАКОН ИНЕРЦИИ. ИНЕРЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОТСЧЕТА 65 тело, по отсутствию тел, которые давят на него, и т. д. Но тело может испытывать воздействия не только со стороны тел, с которыми оно соприкасается.
Оно может подвергаться воздействиям также со стороны различного рода силовых полей, возбуждаемых другими телами. Поэтому вопрос сводится к тому, как убедиться в том, что воздействиям со стороны силовых полей тело не подвергается. Все силы, встречающиеся в природе, известные в настоящее время, сводятся к силам гравитационного притяжения, электромагнитнвси силам и прочим силам, действующим между атомными ядрами и элементарными частицами (ядерные силы, слабые взаимодействия). От действия последних сил легко освободиться, так как они являются силами корвткодействуюи)ими и проявляются лишь на расстояниях, меньших примерно 10 99 см. Электромагнитные и гравитационные силы, напротив, являются силами дальнодействуюи)ими.
С расстоянием они убывают медленно. Если это статические силы, то они убывают обратно пропорционально квадрату расстояния. Если же Они переменные (электромагнитные волны), то убывание происходит еще медленнее — обратно пропорционально расстоянию. Только благодаря электромагнитным волнам (свет, радиоизлучение, рентгеновское излучение), исходящим от планет, звезд, пульсаров, галактик и пр., мы и знаем о существовании этих небесных объектов. Поэтому нет оснований утверждать, что удаленные источники не возбуждают заметных электромагнитных и гравитационных полей в рассматриваемой нами области пространства.
Однако в отсутствии электромагнитных полей всегда можно убедиться, так как они действуют по-разному на положительные и отрицательные заряды, из которых состоят тела. Под действием таких полей возникло бы некоторое разделение положительных и отрицательных зарядов, которое можно было бы обнаружить на опыте. Заряженный 'шарик, помещенный в одну и ту же точку пространства, двигался бы по-разному в зависимости от того, заряжен он положительно или отрицательно. Все имеющиеся факты не противоречат утверждению, что удаленные тела Вселенной не возбуждают сколько-нибудь заметных статических электромагнитных полей в малых областях пространства (порядка размеров Солнечной системы или Галактики).
О гравитационных полях этого нельзя сказать с той же уверенностью. Но если бы такие поля и существовали, то с ними можно было бы не считаться. Дело в том, что всем телам, независимо от их состава, одно и то же гравитационное поле сообщает в точности одинаковое ускорение. Статическое гравитационное поле удаленных тел Вселднной в малых областях пространства можно считать практически однородным. Можно ввести систему отсчета, свободно падающую в таком однородном гравитационном поле. На явлениях, происходящих в такой системе отсчета, наличие этого однородного 66 ЗАкОны ньютонА [гл, и гравитационного поля никак не сказывается. Здесь все происходит в точности так же, как в кабине космического корабля, свободно движущегося в космическом пространстве.
В такой кабине космонавты не чувствуют наличия поля тяготения (невесомость). Переменные же гравитационные поля (гравитационные волны) слишком слабы. Попытки их экспериментального обнаружения стали предприниматься лишь в последнее время. Однако из-за малости ожидаемых эффектов гравитационные волны еще не обнаружены экспериментально. Ограничимся здесь этими замечаниями, откладывая подробный разбор вопроса до гл.
[Х. 2. В кинематике выбор системы отсчета не был существенным. Все системы отсчета кинематически эквивалентны. Не так обстоит дело в динамике. Уже закон инерции с особой остротой ставит вопрос о выборе системы отсчета. Одно и то же движение выглядит по-разному в разных системах отсчета. Если в какой-либо системе отсчета тело движется прямолинейно и равномерно, то в системе отсчета, движущейся относительно первой ускоренно, этого уже не будет. Отсюда следует, что закон инерции не может быть справедлив во всех системах отсчета.
Без указания системы отсчета он просто теряет смысл. Классическая механика постулирует, что существует система отсчета, в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно. Такая система называется инерциальной системой отсчета. Содержание закона инерции, в сущности, сводится к утверждению, что существует по крайней мере одна инерциальная система отсчета. Это утверждение является обобщением громадной совокупности опытных фактов. Точно так же только опытным путем можно установить, какие системы отсчета являются инерциальными, а какие— не инерциальными.
Допустим, например, что речь идет о движении звезд и других астрономических объектов в доступной нашему наблюдению части Вселенной. Тогда можно утверждать, что система отсчета, в которой Земля принимается неподвижной (такую систему мы будем называть земной), не будет инерциальной. Действительно, в такой системе звезды совершают суточные вращения на небесном своде. Так как расстояния до звезд очень велики, то прн этом раз- ' виваются очень большие центростремительные ускорения, направленные к Земле. Между тем каждая звезда, ввиду ее громадной удаленности от других небесных тел, практически является свободной. Свободное движение звезды в земной системе отсчета совершается по кругу, а не по прямой линии.
Оно не подчиняется закону инерции, а потому земная система отсчета не будет инерциальной. Надо испытать на инерциальность другие системы отсчета. Попробуем взять гелиог(ентрическую сиспыму отсчета, иначе называемую системой Коперника. Это есть координатная система, начало которой помещено в центре Солнца (точнее, в центре масс Солнечной системы), а координатные оси являются прямыми, направленными э 9] ЗАКОН ИНЕРЦИИ ИНЕРЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОТСЧЕТА 67 на три удаленные звезды и не лежащими в одной плоскости.
Материальными объектами, с помощью которых реализуются эти оси, являются световые лучи, приходящие от звезд в Солнечную систему. Благодаря относительному движению звезд углы между координатными осями в системе Коперника не остаются постояннылли, а медленно изменяются с течением времени. Однако ввиду колос- сальности расстояний до звезд изменения направлений координатных осей происходят настолько медленно, что, как правило, их можно не принимать во внимание. Система Коперника практически является инерциальной системой по крайней мере при изучении движений, происходяших в масштабе нашей планетной системы, а также всякой другой системы, размеры которой малы по сравнению с расстояниями до тех трех звезд, которые в системе Коперника выбраны в качестве опорных. Зто доказывается опытами, болыпинство из которых являются косвенными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
