3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ФИЗИКИ

 

Эта глава написана для тех, кто не уверенно использует основные понятия физики.

Практически любая физическая величина имеет размерность: сантиметр, грамм, секунда и т.д. По размерности можно часто судить о физической характеристике объекта, например, см² – это какая-то поверхность, а см³ – объем. Плотность вещества будет иметь размерность г×см^-3, что эквивалентно записи г/см³. Чтобы не ошибаться в результатах расчетов, нужно пользоваться одной и той же системой единиц. Систем единиц придумали множество. Каждая из них удобна для одного вычисления и не удобна для другого. Естественно, что и размерность и величина физических параметров в разных системах единиц получается разная, поэтому желательно уметь переходить из одной системы единиц в другую. Рассмотрим это на примере закона всемирного тяготения Ньютона:

 (1), где F – сила притяжения тел с массами m₁ и m₂ друг к другу, расположенных друг от друга на расстоянии r. G – коэффициент пропорциональности называемый гравитационной постоянной. Воспользуемся системой единиц в которой за основные единицы приняты Сантиметр, Грамм, Секунда (СГС). Чтобы найти размерность гравитационной постоянной в формуле (1), надо знать размерность силы в системе СГС. Ее мы найдем из второго закона Ньютона:

 (2), где - ускорение тела m, под действием силы F. Посчитаем размерность силы F (ее принято обозначать квадратными скобками): [F]=г×см×сек^-2. Если найденную размерность силы в системе СГС, единицу которой называют дина подставить в формулу (1), то можно найти размерность гравитационной постоянной: [G]=см²×г^-2×[F]=см³×г^-1×сек^-2. Численное значение гравитационной постоянной в системе единиц СГС равно 6,67×10^-8 дин×см²×г^-2. Обратите внимание, что в науке приняты определенные сокращения записей. Вместо значения 0,0000000667 удобней записать 6,67×10^-8, что эквивалентно записи 6,67/10⁸ или 6,67/100000000. В другой системе единиц, например, СИ, основные единицы: килограмм, метр, секунда, поэтому размерность гравитационной постоянной и ее численное значение получаются другими. Если в уравнении размерность левой части не равна размерности правой части, то это уравнение ошибочно. В дальнейшем, чтобы не путать читателя, я буду использовать систему СГС.

К основным понятиям физики относят фундаментальные законы сохранения нарушение которых не обнаружено ни в одном из бесчисленных опытов и наблюдений:

1. Закон сохранения энергии, который гласит, что в изолированной системе (которая не может обмениваться энергией с окружающей средой) общая энергия остается постоянной (W=const). Этот закон остается справедливым для любых взаимодействий внутри изолированной системы.

2. Закон сохранения импульса (P=mV=const), где: m – масса тела, V – его скорость. Этот закон также остается справедливым для любых взаимодействий внутри изолированной системы.

3. Закон сохранения момента импульса (L=mVr=const), где: r – радиус вращения тела массой m двигающегося со скоростью V. Из этого закона видно, что при неизменной массе с увеличением радиуса вращения скорость движения уменьшается. Этот закон также остается справедливым для любых взаимодействий внутри изолированной системы.

В современной физике придуманы множество законов сохранения, но мы ограничимся только перечисленными.

К основному понятию физики можно также отнести наличие физического смысла (здравого смысла) рассматриваемого предположения или математического выражения, как следствие фундаментальных законов. Например, в природе не существует отрицательных и нулевых величин (которые условно обозначают недостаток или отсутствие чего-либо). Они могут вводиться для удобства рассуждений, но нужно всегда помнить, что это только условность, если в результате расчетов получается отрицательная масса, то это следствие ошибки. К сожалению, современная физика страдает отсутствием здравого смысла. Подробно обсуждаются различные искажения пространства и времени, хотя нет никаких доказательств того, что они не являются просто промежутками между телами и событиями. Рассуждают о многомерных пространствах, хотя нет доказательств существования пространства больше трех измерений в котором мы живем. В результате отсутствия здравого смысла в исходных рассуждениях появляются трудности и парадоксы теории. Вместо того, чтобы вернуться в начало, предпочитают «устранять трудности» все более усложняя теорию. Поэтому здравый смысл – основной критерий правильности предположений. Природа проще, чем мы о ней думаем.

К основным понятиям физики относятся понятия вектора и скаляра. Вектор – это некоторая физическая характеристика объекта, которая в данной задаче существенно зависит от направления, например, скорость тела, магнитный или механический момент и т.п. Скаляр – это некоторая физическая характеристика объекта, которая в данной задаче не зависит от направления, например, скорость вращения тела, температура, масса тела и т.п. Если в сомножителях двух физических величин встречается один вектор, то произведение будет вектором того же направления, но другой величины. Если перемножаются два вектора, то произведение будет третьим вектором перпендикулярным двум перемножаемым. Складываются и вычитаются вектора по правилу паралеллограмма. Поясним эти понятия на примерах.

1. Бросаем камень параллельно поверхности земли. Он одновременно и независимо участвует в двух движениях: равномерном движении в направлении броска и равноускоренном падении к поверхности земли, поэтому в данной задаче скорость нужно считать вектором. Скорость равномерного движения не меняется, а скорость падения увеличивается в арифметической прогрессии, поэтому направление и величина вектора суммарной скорости будет изменяться, как показано на фигуре 1 для разных моментов времени t₀, t₁ и t₂.

 

2. На фигуре 2 показано равномерное движение тела m по окружности. В этой задаче скорость тела нельзя считать вектором, а только скаляром, поскольку V=const, поэтому стрелка на рисунке показывает только направление вращения. Одинаковыми считаются вектора равные по абсолютной величине и направленные в одну сторону. Поэтому любое суммирование или вычитание векторов скорости в любой точке окружности дает вектор не равный исходному, т.е. V¹const. Скорость тела на окружности можно вычислить, разделив длину окружности 2p×r на время одного оборота T. Обе эти величины никуда не направлены (не векторы), поэтому и скорость тела на окружности скаляр. Официальная физика здесь делает большую ошибку, считая скорость на окружности векторной величиной. Тогда при изменении этого вектора должно возникать так называемое «центростремительное ускорение». А по теории Максвелла (с которой разберемся позднее) при любом ускоренном движении заряда должно возникать электромагнитное излучение, поэтому, например, круговое движение электронов в атоме невозможно из-за значительных потерь энергии. Таким образом, официальная физика фактически отрицает существование атомов. Официальное объяснение их устойчивости также допускает орбитальное движение электронов, т.е. приводит к неразрешимому противоречию. К этому можно добавить, что пара противоположных точек окружности имеет равные по величине и противоположно направленные векторы скорости (если в движении по окружности скорость считать вектором). Это касается любой точки окружности, всегда можно найти противоположную точку с которой сумма «векторов» дает нуль.

Очевидно, что при устойчивом движении по окружности центробежная сила инерции, приложенная к телу и направленная от центра уравновешена силой притяжения (гравитационной, электростатической или упругостью нити) также приложенной к телу. В результате тело покоится в направлении действия этих сил (не перемещается в радиальном направлении) и движется по окружности не совершая работы, т.е. при отсутствии трения может вращаться вечно. Аналогично ведет себя шарик, катящийся по гладкой горизонтальной поверхности. Сила веса шарика уравновешена силой упругости поверхности тоже приложенной к шарику, поэтому в направлении действия этих сил он не перемещается и при отсутствии трения будет вечно катиться.

К основным понятиям физики относятся также масса, инерция, электрический заряд, поля, время и пространство. Исчерпывающего объяснения этих понятий в современной физике не существует, Вас будут гонять по кругу из одного справочника в другой без удовлетворения Вашего желания узнать, что фактически представляют собой эти понятия. Я им даю свое объяснение и надеюсь, что оно Вас удовлетворит.