Читать интересную книгу Физика движения. Альтернативная теоретическая механика, или Осознание знания. Книга в двух томах. Том II - Александр Астахов

На (Рис. 4.4.2) наглядно показано, что математическое представление абсолютного вращательного движения в виде суммы четырёх абстрактных независимых вращательных движений по формуле квадрата суммы двух чисел не может иметь под собой единый физический аналог в виде абсолютного равномерного вращательного движения. Как видно, все составляющие равномерного вращательного движения по формуле разложения квадрата суммы двух чисел образованы пятью абстрактными самостоятельными вращениями трёх самостоятельных векторов скоростей с тремя самостоятельными угловыми скоростями (ω), (ωотн.) и (ω + ωотн.) и с тремя разными радиусами (Vотн.), (Ve) и (Va).

Рис. 4.4.2

Все эти вращения могут даже иметь реальные физические аналоги, например, в виде пяти самостоятельно вращающихся колец с радиусами равными (Vотн.), (Ve) и (Va) и со своими линейными скоростями, определяющимися через произведения своих радиусов на соответствующие угловые скорости, как показано на рисунке. Однако в любом случае, для абсолютного вращения это будет всего лишь абстрактная модель, даже если она воплощена физически. В реальном равномерном вращательном движении, кроме одной линейной скорости (Va), вращающейся с одной угловой скоростью (ω + ωотн.), ни что другое больше не вращается, а точнее вращается одно цельное и неделимое тело с этими абсолютными параметрами.

В классической физике существует излюбленный прием пояснения сущности физических явлений с точки зрения субъективных наблюдателей, находящихся в той или иной системе отсчета. Воспользуемся и мы этим приёмом.

Пусть по внутренней или внешней поверхности равномерно вращающегося цилиндра равномерно движется закрытая капсула. С точки зрения наблюдателя находящегося в капсуле, абсолютно неважно, с какой относительной скоростью его капсула движется по поверхности цилиндра и с какой переносной скоростью вращается сам цилиндр. Важна лишь абсолютная скорость движения капсулы по окружности с конкретным радиусом, не зависимо от того через какое связующее тело осуществляется связь капсулы с центром вращения. Он просто не видит этих промежуточных звеньев, а ощущает он только единое и неделимое абсолютное центростремительное ускорение в виде своего увеличившегося веса.

Никакими доступными наблюдателю в капсуле способами, он не сможет определить на какие составные части технически и абстрактно математически может быть разделено его абсолютное равномерное вращение. О техническом расслоении абсолютного вращения может знать только внешний наблюдатель. Однако и он, поразмыслив, легко придет к выводу, что физическая сущность установившегося равномерного вращательного движения не зависит от того, каким способом оно достигнуто.

А вот наблюдатель в такой же закрытой капсуле, движущейся вдоль радиуса переносного вращения с постоянной линейной скоростью относительного движения, без труда различит постоянное ускорение Кориолиса и изменяющееся центростремительное ускорение переносного вращения. Следовательно, по логике классических же наблюдателей ускорение Кориолиса должно возникать только при радиальном относительном движении. Никакого ускорения Кориолиса в центростремительном ускорении равномерного вращательного движения нет, и не может быть в принципе.

В противном случае классической физике придётся пересмотреть свои взгляды, как на центростремительное ускорение равномерного вращательного движения, так и на ускорение Кориолиса. Это совершенно разные явления природы, которые не могут иметь одинаковый физический смысл и одинаковое название, даже, несмотря на то, что, как показано в главе 4.1 в физических механизмах их формирования есть однотипные физические элементы в виде элементарных отражений. Однако даже из одинаковых кирпичей могут быть сложены совершенно разные здания.

Как известно, при относительном движении вдоль оси вращающейся системы ускорение Кориолиса не проявляется, поскольку соседние точки траектории имеют одинаковую скорость, как по величине, так и по направлению. С этим трудно не согласиться. Но не менее трудно не согласиться и с тем, что при относительном движении, перпендикулярном радиусу все соседние точки на абсолютной круговой траектории также имеют одинаковую по абсолютной величине линейную скорость. Изменяется только её направление. Однако изменение направления линейной скорости происходит исключительно только с центростремительным ускорением, о чём, не задумываясь ни на секунду, вам скажет каждый школьник! Следовательно, при относительном движении, перпендикулярном радиусу ускорение Кориолиса, так же как и в случае линейного движения, осуществляющегося вдоль оси вращающейся системы, не проявляется.

В главах (3.5, 4.1, 4.2) показано, что классическое ускорение Кориолиса завышено вдвое, в то время как в разложении центростремительного ускорения по формуле квадрата суммы двух чисел действительно присутствуют два абстрактных вращения очень похожих на две половинки классического ускорения Кориолиса при радиальной относительном движении. Но поскольку, как показано ранее, двух половинок в реальном ускорении Кориолиса нет, то два центростремительных ускорения (2 * ω * ωотн. * r) не могут быть ускорением Кориолиса даже по аналогии.

И хотя такое разложение само по себе носит абстрактный характер, не имеющий реального физического аналога, «двойка» в выражении (2 * ω * ωотн. * r) в отличие от реального ускорения Кориолиса в нашей версии вполне законна, т.к. она доводит до реального физического аналога абсолютное вращение. Покажем этот абстрактный, но косвенно соответствующей реальной действительности, смысл «двойки».

Выражение (2 * ω * ωотн. * r) можно представить еще и в следующем виде:

wк = 2 * ω * ωотн. * r = (ω * r) * ωотн. + ω * (ωотн. * r) = Vе * ωотн. + Vотн. * ω,

Тогда абстрактную физическую сущность абстрактного ускорения (2 * ω * ωотн. * r) в соответствии с рисунком (4.3.1) можно пояснить следующим образом:

Подвижная система отсчета (хоу), в которой тело движется с относительной скоростью (Vотн.), кроме собственного вращения с угловой скоростью (ωотн.) получает дополнительную угловую скорость (ω) за счёт переносного вращения.

Следовательно, в абсолютной системе координат (XOY) наряду с непосредственно относительным ускорением равным (V» * ωотн.) тело испытывает дополнительное ускорение направления (Vотн. * ω). Вектор же линейной скорости переносного вращения (Vе) в составе абсолютного вращения совершает дополнительное вращение с угловой скоростью относительного вращения (ωотн.). Поэтому наряду с непосредственно переносным ускорением (Vе * ω) вектор линейной скорости переносного вращения (Vе) в составе абсолютной скорости (Vа) получает дополнительное ускорение направления (Vе * ωотн.).

Таким образом, ускорения (Vе * ωотн.) и (Vотн. * ω) определяют приращение векторов скоростей (Vе) и (Vотн.), вращающихся с угловыми скоростями (ωотн.) и (ω), дополняющими собственные угловые скорости этих векторов до суммарной угловой скорости вращения вектора абсолютной скорости (Vа).

При этом количественное равенство двух составляющих абстрактного дополнительного ускорения (2 * ω * ωотн. * r) легко объяснимо и непосредственно вытекает из прямо пропорционального соотношения угловых и линейных скоростей вращательного движения с одинаковым радиусом.

ω /ωотн. = Vе / Vотн.

откуда следует, что:

Vе * ωотн. = Vотн. * ω

Таким образом, «двойка» в дополнительном ускорении (2 * ω * ωотн. * r = 2 * ω * Vотн.) в отличие от «двойки» в классическом ускорении Кориолиса вполне законна, что так же свидетельствует о невозможности их сопоставления и по физическому смыслу.

4.5. Замечания по физическому смыслу ускорения Кориолиса

Физический смысл ускорения Кориолиса при радиальном относительном движении в классической интерпретации состоит в том, что одна его половина якобы изменяет линейную скорость переносного движения по абсолютной величине, а вторая половина – линейную скорость относительного движения по направлению! Аналогичный физический смысл классическая физика определяет и для ускорения Кориолиса при перпендикулярном радиусу относительном движении, хотя никакой аналогии между этими совершенно разными явлениями природы не может быть в принципе!