Относительность: для старших школьников и младших студентов - Игорь Николаевич Сачков

170 гг. На нижней части рисунка представлен и схема, согласно которой Земля вращается и вместе с Луной движется вокруг Солнца. Эту теорию представил. Николай Коперник.

С точки зрения принципа относительности движения – обе схемы равноправны. Однако имеется один дополнительный фактор, который влияет на признание теории истинной. Дело в том, что теории должны еще быть связаны с другими теориями так, чтобы не противоречить им. Ситуация подобна детской игре – собрать картинку из кусочков, «пазлов».

В частности, любое положение кинематики не должно противоречить ни одному положению динамики или теории сохранения энергии.

Теория Птолемея противоречит и теории гравитации, и динамике Ньютона, и законам сохранения момента вращения. Оказывается, что не может тяжелое Солнце вращаться вокруг легкой Земли. Ну и, конечно, полеты космических кораблей окончательно делают правым Коперника.

Существует еще несколько доказательств правильности теории вращения Земли. Они заключены в эффектах закручивания атмосферных и океанических течений. Кроме того, известна общая особенность: если река течет с севера на юг в северном полушарии, то ее правый берег – крутой, а левый – пологий. Однако эти особенности требуют отдельного рассмотрения и выходят за рамки настоящей брошюры.

Необходимо сделать некоторые оговорки. Мы не учли некоторые эффекты, связанные с возникновением движения по виражу.

Кроме того, Они связаны с действием второго закона Ньютона и особенностями действия закона сохранения энергии. Они выходят за рамки настоящей брошюры. Интересны также следующие вопросы будут обсуждаться позднее, в следующих разделах книги.

При рассмотрении представленного Следует сделать ряд Обсуждение ряда подобных вопросов вынесено в раздел «Семинары и самостоятельные решения».

Как эти факторы влияют на обсуждаемый эффект. Заметим попутно, что скорость вращения не зависит от размеров и массы автомобиля, поскольку эти величины не вошли в формулу для ω.

Помимо движения по виражу, опасное вращение автомобиля может инициироваться состоянием шин и столкновением с другим автомобилем. Иллюстрацией служат задачи, вынесенные на самостоятельное решение.

Задача1.7. На вращающейся платформе находятся три детали. Внезапно они теряют сцепление с опорой. Опишите дальнейшее движение деталей.

Решение. До потери сцепления все три детали совершают вращение вместе с платформой. Угловые скорости их вращений одинаковы. В то же время поступательные скорости центров деталей – различны. Скорость равна нулю для детали в центре диска и максимальна – для третьей детали.

Вывод: деталь 1 будет вращаться, а центр ее останется на месте. Детали 2 и 3 будут двигаться параллельно касательной к ободу, вращаясь против часовой стрелки. Траектории и длины перемещений отражены пунктирными линиями.

Можно показать также, что расстояния, на которые отбросит детали, характеризуются формулой: длина перемещения равна S = 2 π r t / T, где r – расстояние от центра детали до оси вращения, t – время полета детали, T – период вращения платформы.

Ответ. То есть, чем дальше от центра диска находится деталь, тем выше ее поступательная скорость. При этом скорость вращения – одинаковая, не зависит от радиуса.

Рис. 1.7. Поведение деталей на вращающемся диске до (а) и после (б) потери сцепления, пунктир – траектории центров тяжести

Попутно заметим, что эти принципы, кажущиеся теперь очевидными, привели к множеству трагедий на рубеже 16-го – 17-го веков. Дело в том, что тогда решался важнейший вопрос естествознания. «Что движется? Солнце вокруг Земли, или Земля вокруг Солнца?». В те времена за неудачный ответ на него вполне могли сжечь на костре. Дело в том, что в тогдашней кинематике речь шла фактически об устройстве Мира, об авторитете Библии. Но об этом поговорим попозже. Отметим лишь, что потребовалось почти сто лет, чтобы эти правила утвердились в умах ученых! Почему так долго? Решим ряд следующих задач, которые иллюстрируют некоторые странности действия этого простого принципа.

Драматическая история открытия закона относительности была описана неоднократно. этих вещей была , открытая обстоятельства начале 17-го века Галилео Галилеем. Положения теории относительности Галилея довольно просты для нас. Их можно выразить, в частности, следующими утверждениями.

На второй – в центре мироздания расположено Солнце, а Земля вращается вокруг своей оси с периодом одни сутки и одновременно движется вокруг Солнца с периодом один год. Луна имеет период обращения – месяц. Система называется «гелиоцентрическая».

Теория правильная – если она соединяется с другими теориями, подобно пазлу в детской игре. Два пазла должны соединиться так, чтобы совпали все выступы и впадины, а также рисунки обеих деталей должны переходить одна в другую. Так же и две теории должны согласовываться друг с другом. Например, кинематика и динамика должны образовывать единую науку. Движение тел должно объясняться действиями сил. Электротехника должна использовать закон Кулона. Например, электрический ток может «пробить» электрическую изоляцию именно благодаря действию закона Кулона, а не какой-то «волей» электрического тока. Пробой происходит, когда сила Кулона, действующая на носители тока, превысит строго определенное значение.

Механика образует пазл-структуру, содержащую отдельные детали – кинематику, динамику, законы сохранения, которые должны в своих выводах согласовываться и дополнять друг друга.

Можно, конечно, рассматривать в форме отдельных казусов движение тела с постоянной скоростью, ускоренное, замедленное, движение по кругу. Но истинная теория должна требовать объяснения этих видов движения с динамикой и другими видами механики.

Теории, основанные на том, что «просто знаю» называются параномальными. Они не привлекают

Конечно, можно знать, что летающие тарелки существуют, но использовать подобные знания при прокладке трасс самолетов – будет себе дороже.

Паранормальные теории – не соединяются с другими теориями-пазлами. Они существуют изолированно, «для красоты».

Вы имеете право опрыскивать святой водой свой самолет пред посадкой на него, но нельзя требовать от авиаконструкторов введения подобного обязательного правила.

Так было не всегда. Например, охотник каменного века знал, что стрела летит сначала прямо в цель, а потом падает на землю. При этом его теория полета стрелы не использовала ни закона всемирного тяготения, ни аэродинамики. Он просто знал, что если сделать так – будет то. А если иначе – другое. В настоящее время при стрельбе из пушки необходимо, чтобы кинематика полета снаряда

Поэтому во времена охотника каменного века можно было считать, что солнце утром встает, а вечером – уходит за горизонт. В наше время, при создании кинематики движения Солнца необходимо учитывать, что существуют другие науки, с которыми необходимо согласовывать теорию движения.

В следующей главе мы представим результаты опытов, которые прямо указывают, что именно Земля вращается, а не Солнце ходит по горизонту.

Вопрос. На рис.1.15 изображены две картины движения планет. Какая из них – более правильная? Как это доказать?

Ответ 1.13. Считается, что