Противоречия классической модели вращательного движения.

С точки зрения классической физики основной причиной образования вращательного движения является, вызываемое центростремительной силой центростремительное ускорение, которое якобы изменяет направление вектора линейной скорости движущегося по окружности тела без изменения его величины. Однако изменение направления скорости физически невозможно без её преобразования по величине, т.к. в процессе изменения направления фактически происходит уменьшение скорости в прежнем направлении и её увеличение в новом направлении.

Физически процесс преобразования движения по направлению без изменения в конечном итоге абсолютной величины его скорости можно упрощенно проиллюстрировать на примере отражения. При взаимодействии с отражающей поверхностью перпендикулярная к ней составляющая скорости движения тела сначала уменьшается до нуля, а затем изменяет свое направление на противоположное. В результате абсолютная величина скорости тела сначала уменьшается в направлении падения, а затем вновь восстанавливается до прежнего значения, но уже в новом направлении отражения.

Таким образом, абсолютная величина скорости при изменении её направления после отражения в конечном итоге не изменяется, однако изменение направления скорости происходит через преобразование её абсолютной величины в новом направлении.

Нечто подобное, очевидно, происходит и в равномерном вращательном движении. Поскольку абсолютная величина линейной скорости вращательного движения после изменения её направления остаётся неизменной, что непосредственно одним только прямым воздействием осуществить не возможно, то наряду с механизмом изменения скорости по направлению необходим ещё и механизм регуляции её абсолютной величины, как это происходит при отражении. Совершенно очевидно, что одно только центростремительное ускорение, якобы отвечающее только за изменение направления, не может обеспечить этот механизм.

 В соответствии с классической моделью вращательного движения центростремительное ускорение образуется под действием силы упругости связующего тела, направленной нормально к вектору линейной скорости. Естественно, что при этом центростремительная сила не имеет проекции на тангенциальное направление, вдоль которого направлен вектор линейной скорости, из чего классическая физика делает вывод, что нормальное ускорение обеспечивает приращение скорости только по направлению!

Однако тело может испытывать ускорение только вдоль линии действия внешней силы, если внешнее воздействие либо совпадает с линией существующего движения тела, либо осуществляется вдоль линии, проходящей через центр масс неподвижного тела. В противном случае тело будет испытывать ускорение в направлении действия мгновенной результирующей силы, равной геометрической сумме сил инерции поэлементной поддержки, внешней силы, проявляющейся в направлении предыдущего движения тела, если таковая имеется, и внешней силы, возмущающей существующее движение.

Напомним, что внутренняя сила инерции поэлементной поддержки является такой же реальной силой, как и любые внешние силы, приложенные к телу (см. гл. 1.2.1).

На рис. (3.1.1 а)показана траектория, по которой будет двигаться тело, если постоянное ускорение в составе достигнутого за счет этого ускорения движения (V1, V2, V3) в каждый текущий момент времени занимает перпендикулярное положение по отношению к каждой текущей результирующей скорости (Vр1, Vр2, Vр3). При этом источник силы движется синхронно с телом в направлении каждого нового результирующего движения. Однако это не соответствует действительности.

Как видно из рисунка, такое сложение двух движений не обеспечивает неизменность результирующего вектора линейной скорости (Vр1, Vр2, Vр3) по абсолютной величине. При этом с изменением направления вектора результирующей скорости одновременно изменяется и его абсолютная величина. Траектория такого движения не только далека от окружности, но даже не является замкнутой кривой. Это движение по спирали.

 

Рис. 3.1.1

На рис. (3.1.1 б)показана кривая, по которой будет двигаться тело, если постоянное ускорение в составе достигнутого за счет этого ускорения движения (V1, V2, V3) в каждый текущий момент времени неизменно занимает перпендикулярное положение по отношению к неизменному по величине и по направлению исходному вектору линейной скорости (Vл). При этом источник силы движется в исходном направлении с такой же по абсолютной величине скоростью.

Исходный вектор при этом естественно не вращается, т.к. это всего лишь проекция реального движения на одно и то же неизменное направление! А результирующая скорость за счет вертикальной составляющей изменяется как по величине, так и по направлению. Однако это опять же не замкнутая кривая. Это классический случай движения тела, брошенного горизонтально относительно поверхности Земли, описанный практически во всех учебниках физики. Траектория такого движения представляет собой параболу.

Таким образом, при любом внешнем воздействии, осуществляющемся под любым не равным нулю углом к направлению прежнего движения, в том числе и под прямым углом, который не является каким–либо исключением из этого правила, изменяется не только направление скорости результирующего движения, но и ее величина. Поэтому совершенно очевидно, что одно только центростремительное ускорение не обеспечивает равномерное вращательное движение. В реальной действительности в равномерном вращательном движении в существует, как механизм изменения скорости по направлению, так и по величине.

В классической модели равномерного вращательного движения радиальное движение отсутствует, даже, несмотря на действие вполне реальной и якобы неуравновешенной центростремительной силы. При этом окружное движение осуществляется с постоянной скоростью. Это означает, что ускоренное перемещение в равномерном вращательном движении отсутствует также и в тангенциальном направлении, т.е. полное абсолютное ускорение равно нулю! Следовательно, центростремительная сила не может быть неуравновешенной. А уравновесить её может только не фиктивная, а вполне реальная центробежная сила инерции поэлементной поддержки.

Под каким бы углом к вектору скорости тела ни была бы направлена неуравновешенная сила, тело в соответствии со вторым законом Ньютона не может не испытывать ускоренного движения в направлении её действия. Именно в направлении действия, потому что, во-первых, одна сила - это вовсе не момент сил и поэтому она не умеет ничего вращать. А, во-вторых криволинейных сил не бывает, поэтому одна только прямолинейная сила не может ничего двигать криволинейно, равно как и многократное повторение её действия. Для этого нужен соответствующий алгоритм действия многих сил, т.е. соответствующий физический механизм.

В соответствии со вторым законом Ньютона в нормальном к существующей линейной скорости прямолинейном направлении непременно должно зарождаться новое движение с нормальным ускорением. Но по правилам векторной геометрии, в основе которых лежат законы природы, при сложении вновь образующегося нормального вектора скорости с существующей линейной скоростью, результирующий вектор скорости непременно должен измениться не только по направлению, но и по абсолютной величине.

Кроме того, в соответствии со вторым законом Ньютона все изменения скорости должны происходить ускоренно. Причём современная физика не разделяет в этом отношении линейные изменения и изменения направления. Однако, как это ни удивительно для самого понятия «ускорение», но в равномерном вращательном движении вектор линейной скорости изменяется по направлению, хоть и с центростремительным ускорением, но не ускоренно, а равномерно!

Следовательно, либо второй закон Ньютона на вращательное движение не распространяется, чего не может быть в принципе, либо центростремительному ускорению в равномерном вращательном движении что–то реально противодействует. И это «что–то» вовсе не фиктивное. Если центростремительная сила упругости отклоняет вектор линейной скорости в сторону центра вращения с одновременным увеличением его абсолютной величины, то в дальнейшем центробежная сила инерции отклоняет его в обратную сторону и одновременно уменьшает его абсолютную величину точно на такую же величину, как и ЦС сила.