парадокс вращения

Сообщение №59652 от Whyit 08 октября 2009 г. 10:34
Тема: парадокс вращения

При вращении диска вокруг его оси на каждый его элемент действует
центростремительная сила, направленная к центру вращения.
Почему же диск не сжимается этими силами, а растягивается?


Отклики на это сообщение:

> При вращении диска вокруг его оси на каждый его элемент действует
> центростремительная сила, направленная к центру вращения.
> Почему же диск не сжимается этими силами, а растягивается?

Для того, чтобы элемент диска двигался по окружности на него ДОЛЖНА действовать сила - центростремительная. Все, что превышает эту силу уже пойдет на сжатие. Это как налог в экономике - заплати и спи спокойно.

Basil


> При вращении диска вокруг его оси на каждый его элемент действует
> центростремительная сила, направленная к центру вращения.
> Почему же диск не сжимается этими силами, а растягивается?
На каждый элемент диска действует и силы инерции - центробежная и на сколько хватает прочности материала диска (на разрыв), то силы сцепления материала оказывают равное и противоположное действие - центростремительное и...до порога прочности на разрыв, а удлиняется материал, до поры - до времени, потому, что с растяжением оного наступает некоторое упрочение материала, но это носит пороговый характер. После которого наступает разрушение и..обе силы исчезают, а осколки продолжат инерционное движение по касательным.


> При вращении диска вокруг его оси на каждый его элемент действует
> центростремительная сила, направленная к центру вращения.
> Почему же диск не сжимается этими силами, а растягивается?

Вопрос уже обуждался на этом форуме (даже название темы было почти такое же) полтора года назад - подробно, вплоть до уравнений из учебника Тимошенко, описывающих напряжения и деформации во вращающемся диске.


> На каждый элемент диска действует и силы инерции - центробежная...

В ИСО нет сил инерции. Объяснение действием сил инерции, увы, не проходит.

> ...а удлиняется материал... потому, что с растяжением оного наступает некоторое упрочение материала...

Что это объясняет? Почему возникает деформация? Повышение прочности материала не может быть причиной деформации.


> > При вращении диска вокруг его оси на каждый его элемент действует
> > центростремительная сила(ЦС), направленная к центру вращения.
> > Почему же диск не сжимается этими силами, а растягивается?

> Для того, чтобы элемент диска двигался по окружности на него ДОЛЖНА действовать сила - центростремительная.

Да, должна и действует.
> Все, что превышает эту силу

??
ЦС-это равнодействующая всех сил, приложенных к элементу.
Поэтому превышать ее ничто не может. Всех учли, сложили и получили ЦС.
> уже пойдет на сжатие.

?
Это Вы о чем? Диск ведь почему-то растягивается, а не сжимается.


> > На каждый элемент диска действует и силы инерции - центробежная...

> В ИСО нет сил инерции. Объяснение действием сил инерции, увы, не проходит.

> > ...а удлиняется материал... потому, что с растяжением оного наступает некоторое упрочение материала...

> Что это объясняет? Почему возникает деформация? Повышение прочности материала не может быть причиной деформации.
Речь идёт о следующем. Почему материал удлиняется, похоже, автору вопроса известно, но почему он удлиняется и не рвётся - вот об этом я и говорю!


> ЦС-это равнодействующая всех сил, приложенных к элементу.
> Поэтому превышать ее ничто не может. Всех учли, сложили и получили ЦС.

Это верно лишь в том случае, когда нет тангенциального ускорения. Процесс деформации сопровождается тангенциальным ускорением.

Кстати, а диск, вращающийся с постоянной угловой скоростью, деформируется в процессе такого вращения?


> Речь идёт о следующем. Почему материал удлиняется, похоже, автору вопроса известно...

Вот это-то как раз ему и неизвестно; по крайней мере, он об этом спрашивает:
> Почему же диск не сжимается этими силами, а растягивается?

> ...но почему он удлиняется и не рвётся - вот об этом я и говорю!

Это другое дело. Хотя повышение прочности материала при растяжении не является обязательным условием - достаточно, чтобы напряжения не превысили предел прочности, который не равен нулю и в недеформированном состоянии.


> > ЦС-это равнодействующая всех сил, приложенных к элементу.
> > Поэтому превышать ее ничто не может. Всех учли, сложили и получили ЦС.

> Это верно лишь в том случае, когда нет тангенциального ускорения. Процесс деформации сопровождается тангенциальным ускорением.
Согласен. Но я имел ввиду, что ω=const (или растет очень медленно).
> Кстати, а диск, вращающийся с постоянной угловой скоростью, деформируется в процессе такого вращения?
Конечно. Если он из теста, то постепенно расползется.
Но странно: все силы направлены к центру, а диск расширяется.


> > > ЦС-это равнодействующая всех сил, приложенных к элементу.
> > > Поэтому превышать ее ничто не может. Всех учли, сложили и получили ЦС.

> > Это верно лишь в том случае, когда нет тангенциального ускорения. Процесс деформации сопровождается тангенциальным ускорением.
> Согласен. Но я имел ввиду, что ω=const (или растет очень медленно).
> > Кстати, а диск, вращающийся с постоянной угловой скоростью, деформируется в процессе такого вращения?
> Конечно. Если он из теста, то постепенно расползется.
> Но странно: все силы направлены к центру, а диск расширяется.

Когда рассматривается вращение точечного тела из ИСО, например, камня на веревке, различают центростремительную силу, действующую на тело, и центробежную силу. Последняя - это сила, с которой тело действует на СВЯЗЬ. Обе этих силы равны по модулю и противонаправлены, как классическая пара сил "действие - противодействие". Но не компенсируются, поскольку приложены к разным телам. Центростремительная сила в этом случае - сила натяжения веревки. Ясно. что веревка несколько растянута, и в случае быстрого вращения может быть и разорвана. Но пока она держится - тело продолжает летать по круговой орбите.
В случае вращения сплошного диска все немного сложнее, поскольку невозможно разделить на "объекты" и "связи". Каждый малый объем материала является объектом и связью в одно и то же время. Как связь, каждый такой элемент растянут центробежными силами. Как объект, каждый такой элемент испытывает действие центростремительной силы.
Выделим для примера малый цилиндрик, ориентированный вдоль радиуса вращения. Как связь, этот цилиндрик испытывает растяжение. Тоесть, на оба его основания действуют силы, направленные в разные стороны. Но на ближнее к центру вращения основание действует сила, несколько бОльшая, чем на дальнее от центра основание. (силы, действующие на боковую поверхность цилиндрика, не рассматриваем). Но если посчитать сумму этих сил, то окажется, что результирующая сила будет равна
Fц=dm*V^2/R.
Здесь dm - масса выделенного элемента, V, R - скорость и радиус вращения центра масс элемента.
Тоесть, это будет центростремительная сила, под действием которой выделенный элемент движется по круговой траектории.


> Но странно: все силы направлены к центру, а диск расширяется.

Силы направлены от центра. Если смотреть в неинерциальной СО связанной с диском, то на каждый фрагмент диска действует центробежная сила, направленная от центра.


> > Но странно: все силы направлены к центру, а диск расширяется.

> Силы направлены от центра. Если смотреть в неинерциальной СО связанной с диском, то на каждый фрагмент диска действует центробежная сила, направленная от центра.

Зачем же из ИСО, законы которой мы знаем, куда-то переходить и вводить фиктивные силы?
И если в разных СО получаем разные выводы, то, наверно, в ИСО они более правильные?


> Зачем же из ИСО, законы которой мы знаем, куда-то переходить и вводить фиктивные силы?
> И если в разных СО получаем разные выводы, то, наверно, в ИСО они более правильные?

Если бы не дествовали силы упругости, то диск бы разлетелся на части (каждый кусок двигался бы прямолинейно). Силы упругости действуют на каждый кусок, не давая ему улететь. Соответственно каждый кусок действует растягивающей силой на остальной диск.


> > > > ЦС-это равнодействующая всех сил, приложенных к элементу.
> > > > Поэтому превышать ее ничто не может. Всех учли, сложили и получили ЦС.

> > > Это верно лишь в том случае, когда нет тангенциального ускорения. Процесс деформации сопровождается тангенциальным ускорением.
> > Согласен. Но я имел ввиду, что ω=const (или растет очень медленно).
> > > Кстати, а диск, вращающийся с постоянной угловой скоростью, деформируется в процессе такого вращения?
> > Конечно. Если он из теста, то постепенно расползется.
> > Но странно: все силы направлены к центру, а диск расширяется.

> Когда рассматривается вращение точечного тела из ИСО, например, камня на веревке, различают центростремительную силу, действующую на тело, и центробежную силу. Последняя - это сила, с которой тело действует на СВЯЗЬ. Обе этих силы равны по модулю и противонаправлены, как классическая пара сил "действие - противодействие".
Но веревка тоже вращается. Значит, к ней тоже приложена ЦС сила.
> Но не компенсируются, поскольку приложены к разным телам.
Но тела связаны в единое целое. Поэтому силы должны компенсироваться.
> Центростремительная сила в этом случае - сила натяжения веревки. Ясно. что веревка несколько растянута, и в случае быстрого вращения может быть и разорвана. Но пока она держится - тело продолжает летать по круговой орбите.
Это Вам кажется, что ясно. Ведь ЦС, приложенную к веревке, Вы почему-то не учитываете.
> В случае вращения сплошного диска все немного сложнее, поскольку невозможно разделить на "объекты" и "связи". Каждый малый объем материала является объектом и связью в одно и то же время.
Согласен.
> Как связь, каждый такой элемент растянут центробежными силами.
Пока это лишь голословное утверждение.
К каждому элементу приложены силы, равнодействующая которых есть ЦС, а не ЦБ сила.
> Как объект, каждый такой элемент испытывает действие центростремительной силы.
Верно.
> Выделим для примера малый цилиндрик, ориентированный вдоль радиуса вращения. Как связь, этот цилиндрик испытывает растяжение.
Опять голословное утверждение. Назовите его не связью, а телом. И что сила изменится?
> Тоесть, на оба его основания действуют силы, направленные в разные стороны. Но на ближнее к центру вращения основание действует сила, несколько бОльшая, чем на дальнее от центра основание.
Опять голословное утверждение. Возможно, так. А может, наоборот.
Раз ЦС, приложена к этому элементу, то, вроде, он должен прижимать к центру другой элемент,
который рядом с ним, но ближе к центру.
Если Вы докажете, что это не так, то решите парадокс.
> (силы, действующие на боковую поверхность цилиндрика, не рассматриваем). Но если посчитать сумму этих сил, то окажется, что результирующая сила будет равна
> Fц=dm*V^2/R.
> Здесь dm - масса выделенного элемента, V, R - скорость и радиус вращения центра масс элемента.
> Тоесть, это будет центростремительная сила, под действием которой выделенный элемент движется по круговой траектории.
Это верно. Но что он он растягивается, Вы не доказали.:(


> > Зачем же из ИСО, законы которой мы знаем, куда-то переходить и вводить фиктивные силы?
> > И если в разных СО получаем разные выводы, то, наверно, в ИСО они более правильные?
Вы согласились, что это плохой способ решения?
> Если бы не дествовали силы упругости, то диск бы разлетелся на части (каждый кусок двигался бы прямолинейно). Силы упругости действуют на каждый кусок, не давая ему улететь. Соответственно каждый кусок действует растягивающей силой на остальной диск.

Почему Вы считаете силы упругости растягивающими? Они и сжимать могут.
На элемент действует ЦС. Этот элемент упрго давит и сжимает соседа.


> > > > > ЦС-это равнодействующая всех сил, приложенных к элементу.
> > > > > Поэтому превышать ее ничто не может. Всех учли, сложили и получили ЦС.

> > > > Это верно лишь в том случае, когда нет тангенциального ускорения. Процесс деформации сопровождается тангенциальным ускорением.
> > > Согласен. Но я имел ввиду, что ω=const (или растет очень медленно).
> > > > Кстати, а диск, вращающийся с постоянной угловой скоростью, деформируется в процессе такого вращения?
> > > Конечно. Если он из теста, то постепенно расползется.
> > > Но странно: все силы направлены к центру, а диск расширяется.

> > Когда рассматривается вращение точечного тела из ИСО, например, камня на веревке, различают центростремительную силу, действующую на тело, и центробежную силу. Последняя - это сила, с которой тело действует на СВЯЗЬ. Обе этих силы равны по модулю и противонаправлены, как классическая пара сил "действие - противодействие".
> Но веревка тоже вращается. Значит, к ней тоже приложена ЦС сила.
> > Но не компенсируются, поскольку приложены к разным телам.
> Но тела связаны в единое целое. Поэтому силы должны компенсироваться.
> > Центростремительная сила в этом случае - сила натяжения веревки. Ясно. что веревка несколько растянута, и в случае быстрого вращения может быть и разорвана. Но пока она держится - тело продолжает летать по круговой орбите.
> Это Вам кажется, что ясно. Ведь ЦС, приложенную к веревке, Вы почему-то не учитываете.
> > В случае вращения сплошного диска все немного сложнее, поскольку невозможно разделить на "объекты" и "связи". Каждый малый объем материала является объектом и связью в одно и то же время.
> Согласен.
> > Как связь, каждый такой элемент растянут центробежными силами.
> Пока это лишь голословное утверждение.
> К каждому элементу приложены силы, равнодействующая которых есть ЦС, а не ЦБ сила.
> > Как объект, каждый такой элемент испытывает действие центростремительной силы.
> Верно.
> > Выделим для примера малый цилиндрик, ориентированный вдоль радиуса вращения. Как связь, этот цилиндрик испытывает растяжение.
> Опять голословное утверждение. Назовите его не связью, а телом. И что сила изменится?
> > Тоесть, на оба его основания действуют силы, направленные в разные стороны. Но на ближнее к центру вращения основание действует сила, несколько бОльшая, чем на дальнее от центра основание.
> Опять голословное утверждение. Возможно, так. А может, наоборот.
> Раз ЦС, приложена к этому элементу, то, вроде, он должен прижимать к центру другой элемент,
> который рядом с ним, но ближе к центру.
> Если Вы докажете, что это не так, то решите парадокс.
> > (силы, действующие на боковую поверхность цилиндрика, не рассматриваем). Но если посчитать сумму этих сил, то окажется, что результирующая сила будет равна
> > Fц=dm*V^2/R.
> > Здесь dm - масса выделенного элемента, V, R - скорость и радиус вращения центра масс элемента.
> > Тоесть, это будет центростремительная сила, под действием которой выделенный элемент движется по круговой траектории.
> Это верно. Но что он он растягивается, Вы не доказали.:(

А то, что веревка, на которой вращается камень, растянута - тоже следует доказывать?
Выделенный малый элемент также является "веревкой", создающей центростремительную силу для других элементов...


> А то, что веревка, на которой вращается камень, растянута - тоже следует доказывать?
1.Парадокс нельзя доказывать по аналогии.
2.К веревке приложена ЦС сила?
> Выделенный малый элемент также является "веревкой", создающей центростремительную силу для других элементов...
К каждому элементу приложены силы, равнодействующая которых есть ЦС, а не ЦБ сила.
Этот элемент давит на соседний. Называть его веревкой - грешить против истины.


> > А то, что веревка, на которой вращается камень, растянута - тоже следует доказывать?
> 1.Парадокс нельзя доказывать по аналогии.
> 2.К веревке приложена ЦС сила?
> > Выделенный малый элемент также является "веревкой", создающей центростремительную силу для других элементов...
> К каждому элементу приложены силы, равнодействующая которых есть ЦС, а не ЦБ сила.

А я что, утверждал что-то другое?

> Этот элемент давит на соседний. Называть его веревкой - грешить против истины.

Для того, чтобы ТЯНУТЬ другой элемент по направлению к центру, рассматриваемый элемент должен быть РАСТЯНУТ. В этом смысле он, этот элемент, вполне себе "веревка".


> При вращении диска вокруг его оси на каждый его элемент действует
> центростремительная сила, направленная к центру вращения.
> Почему же диск не сжимается этими силами, а растягивается?

Сложность не в самом явлении (никто не оспаривает факт!), а в объяснении этого с точки зрения физики. Ошибка в том, что центростремительной силе присваивается свойства некоторой специальной силы природы, но ведь по природе такой силы не существует! В механике, например, существуют только сила тяготения, трения и упругости, каждая из которых (или все вместе) может выполнять роль ц.с.. В случае диска- это сила упругости (сцепления между частичками) материала, а возникает она (сила упругости ) только при деформации и пропорциональна ей (з-н Гука),
поэтому, чем дальше от центра, тем больше материал деформирован (растянут). Вспомним,что F=mωR и начнём с крайней частички, которую удерживает "предкрайняя" и т. д.

Это всё.


> > При вращении диска вокруг его оси на каждый его элемент действует
> > центростремительная сила, направленная к центру вращения.
> > Почему же диск не сжимается этими силами, а растягивается?

> Сложность не в самом явлении (никто не оспаривает факт!), а в объяснении этого с точки зрения физики. Ошибка в том, что центростремительной силе присваивается свойства некоторой специальной силы природы, но ведь по природе такой силы не существует!

Как это "не существует"? Еще как существует! Другое дело, что это может быть сила ЛЮБОЙ природы: гравитация, кулоновская сила, сила Лоренца, даже просто сила трения! Главное - эта сила должна быть направлена К ЦЕНТРУ и создавать центростремительне ускорение. Без последнего движение по круговой траектории невозможно. Центростремительное ускорение - кинематический параметр, присущий движению по окружности.

Смотри здесь


> > > При вращении диска вокруг его оси на каждый его элемент действует
> > > центростремительная сила, направленная к центру вращения.
> > > Почему же диск не сжимается этими силами, а растягивается?

> > Сложность не в самом явлении (никто не оспаривает факт!), а в объяснении этого с точки зрения физики. Ошибка в том, что центростремительной силе присваивается свойства некоторой специальной силы природы, но ведь по природе такой силы не существует!

> Как это "не существует"? Еще как существует! Другое дело, что это может быть сила ЛЮБОЙ природы: гравитация, кулоновская сила, сила Лоренца, даже просто сила трения! Главное - эта сила должна быть направлена К ЦЕНТРУ и создавать центростремительне ускорение. Без последнего движение по круговой траектории невозможно. Центростремительное ускорение - кинематический параметр, присущий движению по окружности.

В чём замечание? Я написал "по природе такой силы не существует", а Вы- "это может быть сила ЛЮБОЙ природы",т.е. "центростремительность"-это НЕ природа этой силы. Где разница?..
Это всё.

>


> > При вращении диска вокруг его оси на каждый его элемент действует
> > центростремительная сила, направленная к центру вращения.
> > Почему же диск не сжимается этими силами, а растягивается?

> Сложность не в самом явлении (никто не оспаривает факт!), а в объяснении этого с точки зрения физики. Ошибка в том, что центростремительной силе присваивается свойства некоторой специальной силы природы, но ведь по природе такой силы не существует! В механике, например, существуют только сила тяготения, трения и упругости, каждая из которых (или все вместе) может выполнять роль ц.с.. В случае диска- это сила упругости (сцепления между частичками) материала, а возникает она (сила упругости ) только при деформации и пропорциональна ей (з-н Гука),
> поэтому, чем дальше от центра, тем больше материал деформирован (растянут). Вспомним,что F=mωR и начнём с крайней частички, которую удерживает "предкрайняя" и т. д.

Верно, больше. Но, растянут или сжат, вот в чем вопрос.
Доказательства именно растяжения Вы не дали.


> > > ЦС-это равнодействующая всех сил, приложенных к элементу.
> > > Поэтому превышать ее ничто не может. Всех учли, сложили и получили ЦС.

> > Это верно лишь в том случае, когда нет тангенциального ускорения. Процесс деформации сопровождается тангенциальным ускорением.
> Согласен. Но я имел ввиду, что ω=const (или растет очень медленно).

Если ω=const, то деформации нет. Т.е. диск не растягивается (и не сжимается). Если ω растет очень медленно, то и деформация растет очень медленно. Как ни крути, а получить комбинацию "угловая скорость постоянна, тангенциального ускорения нет, а диск деформируется" не выйдет.

> > Кстати, а диск, вращающийся с постоянной угловой скоростью, деформируется в процессе такого вращения?
> Конечно. Если он из теста, то постепенно расползется.

Неправда. Если диск расползается, он не может вращаться с постоянной угловой скоростью - см. выше. Вопрос был задан специально, чтобы Вы задумались над этим. Но если Вы сомневаетесь или считаете иначе - напишите уравнения движения для двух расползающихся фрагментов диска из теста и покажите:

а) что фрагменты расползаются;
б) что при этом они вращаются с постоянной угловой скоростью.

> Но странно: все силы направлены к центру, а диск расширяется.

Странно, потому что Вы исходите из неправильной предпосылки. Написанное Вами после двоеточия неверно. Если пытаться понять неверное утверждение, то странностей не избежать.

Вот еще пища для размышлений. Диск, насаженный на ось, покоится. Затем ось приводится в движение. Диск начинает вращаться. Угловая скорость изменяется, но остается малой - диск наверняка не разрушается; можно даже считать, что деформации не видны невооруженным глазом (Ваше условие "ω растет очень медленно"). Подумайте, почему:

1) начинают двигаться (т.е. двигаются с ускорением; кстати, с каким?) фрагменты диска, непосредственно контактирующие с осью?

2) начинают двигаться фрагменты диска, непосредственно с осью контактирующие НЕ контактирующие?

3) как направлены силы, вызвающие указанные ускорения, и какова природа этих сил?

---------------------------
Абсолютно твердое тело не разлетится на части и не будет расползаться ни при каких условиях - по определению АТТ. Если мы хотим быть ближе к реальности, придется отказаться от моделии АТТ и перейти к сопромату. Я предложил Вам ссылку на сообщение, где приведены цитаты из учебника по сопромату. Если не хотите ограничиваться цитатами и почитать учебник - могу выложить на файлообменник, только скажите, на какой.


> Верно, больше. Но, растянут или сжат, вот в чем вопрос.
> Доказательства именно растяжения Вы не дали.

Если грубо, то объяснение элементарно. Для сжатия нет особых причин. Напротив, при удалении фрагментов диска от центра (деформация растяжения ) возникает сила упругости , направленная против деформации. Вот именнт эта сила и есть центростремительная сила.

На доказательства методами сопромата (вывод соотношений деформаций и напряжений) ссылку я давал.

Не надо представлять себе, что центростремительная сила, формально присутствующая при криволинейном движении, приводит к деформации, направленной к центру. На самом деле все несколько сложнее - возникающие силы имеют электромагнитную природу, являются силами межатомного взаимодействия и возникают вследствие увеличения расстояния между атомами.


> > При вращении диска вокруг его оси на каждый его элемент действует
> > центростремительная сила, направленная к центру вращения.
> > Почему же диск не сжимается этими силами, а растягивается?

> Сложность не в самом явлении (никто не оспаривает факт!), а в объяснении этого с точки зрения физики. Ошибка в том, что центростремительной силе присваивается свойства некоторой специальной силы природы, но ведь по природе такой силы не существует! В механике, например, существуют только сила тяготения, трения и упругости, каждая из которых (или все вместе) может выполнять роль ц.с.. В случае диска- это сила упругости (сцепления между частичками) материала, а возникает она (сила упругости ) только при деформации и пропорциональна ей (з-н Гука),
> поэтому, чем дальше от центра, тем больше материал деформирован (растянут). Вспомним,что F=mωR и начнём с крайней частички, которую удерживает "предкрайняя" и т. д.

> Это всё.

Отчасти Вы правы - в ПРИРОДЕ центростремительной силы действительно не существует.
Но Ваше объяснение не вполне верное.

Первоначально следует понимать, что центростремительная сила - это дань, которую мы платим за "якобы существование" инерциальных систем отсчета.
То есть, если мы принимаем постулат о существовании инерциальных систем (а также однородного и изотропного пространства), то следующим шагом мы тут же оказываемся вынуждены признать и присутствие в природе центростремительных сил.

И хотя в действительности ни инерциальных систем отсчета, ни центростремительных сил в природе не существует, но, принимая одно, мы автоматически оказываемся вынуждены принять и все следующее, и наоборот, отказываясь от существования инерциальных систем мы вправе отказаться и от центростремительных сил (они оказываются просто ненужными).

Поэтому, первоначально, следует сразу все поставить в КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ на свои ЗАКОННЫЕ МЕСТА.

А именно, первым шагом следует установить приоритет систем отсчета.

Во-первых, следует признать тот очевидный факт, что в ПРИРОДЕ и в ФИЗИКЕ реально присутствуют лишь неинерциальные системы отсчета (описания движения)!!! и, как следствие этого, отказаться от принципа равноправия систем, и установить их приоритетность (система Солнца, система Земли, лабораторная система и т.д.).

Я не призываю здесь читателей вообще отказаться от инерциальных систем отсчета.
Но всем физикам следует понимать тот ОЧЕВИДНЫЙ ФАКТ, что постулируя первоначальное аксиоматическое существование инерциальных систем отсчета мы, тем самым, сами себя загоняем в угол, и получаем замкнутый круг противоречий (в виде центростремительных сил,которых не существует, в виде ТО Эйнштейна с ее парадоксами и многими другими противоречиями), и не оставляем за собой ни права ни возможностей разрешить возникающие вследствие этого противоречия.

Поэтому при решении КОНКРЕТНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ (или ПРОБЛЕМ) гораздо проще оказывается отказаться от существования инерциальных систем, чем пытаться впоследствии распутать тот "гордиев узел" противоречий, который возникает при принятии постулата о существовании инерциальных систем.

Тем более это просто сделать по той простой причине, что в ФИЗИКЕ никто не заставляет нас принимать постулат о существовании инерциальных систем (мало ли там что выдумал Эйнштейн и что еще выдумают его последователи).

И тем более это просто сделать по той простой причине, что процедура решения задач в неинерциальных системах отсчета ненамного сложнее процедуры решения этих же задач в инерциальных системах отсчета.

Тем более это следует сделать по той простой причине, что вполне очевидным является тот факт, что инерциальные системы мы ВПРАВЕ рассматривать (при определенных допущениях и упрощениях) некоторым подмножеством неинерциальных систем, а вот рассматривать неинерциальные системы как равносильные инерциальным мы, вообще говоря, не имеем права, пока не убедимся в том, что обоих системах отсчета мы получаем одинаковые результаты (и по конечному результату, И ПО ФИЗИЧЕСКОМУ СМЫСЛУ, и по числу решений).

И если решение задачи в инерциальной системе отсчета отличается от ее решения в неинерциальной системе, то вполне очевидным является тот факт, что ГОРАЗДО БОЛЕЕ ПРАВИЛЬНЫМ СЛЕДУЕТ СЧИТАТЬ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ В НЕИНЕРЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ ОТСЧЕТА (а не наоборот)!!!

Второй шаг тоже является вполне очевидным.
А именно.
Вторым шагом мы должны отказаться от постулата равносильности инерциальных и неинерциальных систем отсчета.

Вообще говоря, такого постулата в физике и не существует.
В физике существует лишь постулат о равносильности несуществующих инерциальных систем.
Но этот постулат неявно обычно распростаняется и на неинерциальные системы.
Обычно это делается так.
Для решения любой задачи вводится некоторая "мифическая" инерциальная система, которая якобы существует, и в которой мы получаем некоторое решение.
После этого обычно выполняют переход из инерциальной системы в неинерциальную, преобразуя подобным образом и полученное решение.

Вполне очевидно, что это ошибочное действие делать нельзя.
В действительности мы должны выполнить два независимых (!!!) решения в инерциальной и неинерциальной системе, и сравнить их.

Вообще говоря, обычно эти решения получаются разными (особенно в случае свободного движения).

Поэтому ошибочным является и мнение о том, что движение в неинерциальной системе отсчета можно получить посредством перехода из инерциальной системы в неинерциальную.

Например, нельзя думать, что ТО Эйнштейна может быть справедливым в какой-либо РЕАЛЬНОЙ неинерциальной системе лишь потому, что оно справедливо в некоторой "мифической" инерциальной системе.

Например, нельзя думать, что движение спутников (или планет) будет эллиптическим в РЕАЛЬНОЙ неинерциальной системе лишь потому, что решение задачи в инерциальной системе является эллиптическим и т.д.

И, наконец, нельзя думать, что существуют некоторые центростремительные силы лишь потому, что присутствие этой силы необходимо при описании вращательного движения в инерциальной системе.

Центростремительные силы - это такой же физический миф, каковым являются и сами инерциальные системы отсчета.

Что же касается центробежных сил в неинерциальных системах отсчета, то, в отличие от центростремительных сил, центробежные силы вполне РЕАЛЬНЫЕ (а не мифические). И любой из нас в этом может легко убедиться, попытавшись впрыгнуть на вращающуюся платформу.

Теперь я скажу несколько слов о РЕАЛЬНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ силах, которые присутствут в физике.

Вообще говоря, все силы в физике можно разделить на ТРИ основные группы:
1) МАССОВЫЕ СИЛЫ (гравитация, центробежные и электричество)
2) ПОЛЕВЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (электромагнитные и сила Кориолиса например).
3) Поверхностные силы (трения, растяжения, сжатия и др.).

Основой физических взаимодействий являются МАССОВЫЕ СИЛЫ.

МАССОВЫЕ СИЛЫ - это такие силы, для реализации которых не требуется физическая среда (вещество или материя).
Массовых сил, вообще говоря, всего три (гравитация, электричество и центробежная), и центробежная сила присутствует среди них!
Магнитная сила и сила Кориолиса хотя и являются массовыми, но к ним не относятся, поскольку являются соответственно производными от электрической и центробежной силы.

Теперь я попытаюсь ответить на вопрос, который задал Whyit:

При вращении диска вокруг его оси на каждый его элемент действует
центростремительная сила, направленная к центру вращения.
Почему же диск не сжимается этими силами, а растягивается?

Вообще говоря, если диск движется только под действием массовых сил, то никаких деформаций диска (ни растяжения, ни сжатия) мы наблюдать не будем.
И никакой центростремительной силы мы тоже не обнаружим.
Результатом любого движения под действием массовых сил является невесомость (то есть, равнодействующая всех сил, приложенных в любой точке тела, равна нулю)!

Что же касается твердого диска, вращающегося вокруг некоторой оси, то для определения его растяжения или сжатия нам следует определить движение самой оси. В зависимости от этого движения диск может и сжиматься (или растягиваться) полностью, или часть может сжиматься, а часть растягиваться.

В частности, если ось находится в покое, и проходит через центр диска, то диск растягивается под действием ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАССОВЫХ СИЛ (а не центростремительных!), поскольку вращающаяся система оси диска является неинерциальной, а силы Гука будут пытаться компенсировать действие центробежной силы.
Кроме этого, сила Кориолиса будет источником внутренних колебательных напряжений, которые приведут к прецессии оси диска (биениям).


> > > А то, что веревка, на которой вращается камень, растянута - тоже следует доказывать?
> > 1.Парадокс нельзя доказывать по аналогии.
> > 2.К веревке приложена ЦС сила?
Не ответили на вопрос.
> > > Выделенный малый элемент также является "веревкой", создающей центростремительную силу для других элементов...
> > К каждому элементу приложены силы, равнодействующая которых есть ЦС, а не ЦБ сила.

> А я что, утверждал что-то другое?

> > Этот элемент давит на соседний. Называть его веревкой - грешить против истины.

> Для того, чтобы ТЯНУТЬ другой элемент по направлению к центру, рассматриваемый элемент должен быть РАСТЯНУТ.
А для того, чтобы толкать другой элемент по направлению к центру,
рассматриваемый элемент должен быть сжат. Он тянет или толкает?
> В этом смысле он, этот элемент, вполне себе "веревка".
Странно Вы доказываете: с помощью названий. Называете элемент "веревкой", а я назову пружиной.
Так доказательства не получится.

Вероятно, нужно рассматривать не 2, а 3 элемента: элемент А и 2 его соседа Б - ближе и Д - дальше от центра. К соседям приложены ЦС силы, величина которых растет с радиусом. Fa=Fд-Fб.
А сжимаеют они А или растягивают, остается непонятным.
Например, человек на центрифуге сжимается.
Не получается доказательства.
Еще: у крайнего элемента нет соседа Д. Граница Б-А должна растягиваться. Но сам элемент А - неизвестно.


> > > > А то, что веревка, на которой вращается камень, растянута - тоже следует доказывать?
> > > 1.Парадокс нельзя доказывать по аналогии.
> > > 2.К веревке приложена ЦС сила?
> Не ответили на вопрос.
> > > > Выделенный малый элемент также является "веревкой", создающей центростремительную силу для других элементов...
> > > К каждому элементу приложены силы, равнодействующая которых есть ЦС, а не ЦБ сила.

> > А я что, утверждал что-то другое?

> > > Этот элемент давит на соседний. Называть его веревкой - грешить против истины.

> > Для того, чтобы ТЯНУТЬ другой элемент по направлению к центру, рассматриваемый элемент должен быть РАСТЯНУТ.
> А для того, чтобы толкать другой элемент по направлению к центру,
> рассматриваемый элемент должен быть сжат. Он тянет или толкает?
> > В этом смысле он, этот элемент, вполне себе "веревка".
> Странно Вы доказываете: с помощью названий. Называете элемент "веревкой", а я назову пружиной.
> Так доказательства не получится.

От изменения названия действительно, ничего не изменится. Называйте элемент пружиной, пожалуйста. Но пружина эта будет РАСТЯНУТА. Иначе она не может создать центростремительную силу.
Это очень хорошо видно, если вращать гирьку не на веревке, а на пружинке. Сила упругости РАСТЯНУТОЙ пружинки будет ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОЙ для гирьки. Это нужно доказывать?
Теперь возьмите пружинку без гирьки. И вращайте только ее. Если пружина реальная, она тоже растянется. И любой ее виток будет растянут силаой, которую можно назвать центробежной, но на этот вмток будет действовать результирующая центростремительная сила.
А теперь возьмите не одну пружинку, а миллиард. И распределите их равномерно в одной плоскости. Получится эдакий "плоский еж". Если его начать вращать, увидите "диск". Прт этом все составляющие диск пружинки будут растянуты.

> Вероятно, нужно рассматривать не 2, а 3 элемента: элемент А и 2 его соседа Б - ближе и Д - дальше от центра. К соседям приложены ЦС силы, величина которых растет с радиусом. Fa=Fд-Fб.
> А сжимаеют они А или растягивают, остается непонятным.
> Например, человек на центрифуге сжимается.
> Не получается доказательства.
> Еще: у крайнего элемента нет соседа Д. Граница Б-А должна растягиваться. Но сам элемент А - неизвестно.

Если Крайний элемент не должен иметь размера и массы. Но на смом деле имеет. Пусть он и не растянут. Потому что он не выступает в роли связи для следующего элемента, которого просто нет. Но уже следующий за ним растянут. Ибо именно его растяжение создает центростремительную силу для "последнего" элемента.


> Теперь я скажу несколько слов о РЕАЛЬНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ силах, которые присутствут в физике.
> Вообще говоря, все силы в физике можно разделить на ТРИ основные группы:
> 1) МАССОВЫЕ СИЛЫ (гравитация, центробежные и электричество)
> 2) ПОЛЕВЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (электромагнитные и сила Кориолиса например).
> 3) Поверхностные силы (трения, растяжения, сжатия и др.).
> Основой физических взаимодействий являются МАССОВЫЕ СИЛЫ.
> МАССОВЫЕ СИЛЫ - это такие силы, для реализации которых не требуется физическая среда (вещество или материя).
> Массовых сил, вообще говоря, всего три (гравитация, электричество и центробежная), и центробежная сила присутствует среди них!
> Магнитная сила и сила Кориолиса хотя и являются массовыми, но к ним не относятся, поскольку являются соответственно производными от электрической и центробежной силы.

1) При попытке классификации желательно проверить новую систему понятий на наличие в ней внутренних противоречий и противоречий с уже существующими системами.
Сила, масса, сила тока, длина, время, температура, количество вещества - физические величины, характеризующие тела, процессы, действия. Эти понятия обединены в систему мер или систему основных физических характеристик.
2) Образуем выражения из этих слов: "массовая сила, силовая масса, температурная сила, силовая температура, силовое время, временная сила, длинная сила, силовая длина, сила количества, количество силы, количество температуры, масса силы тока, сила тока массы, ..."
Не очень удачные характеристики характеристик.
А если единицы измерения ассоциировать?
Например: "килограмовая секунда, ньютоновый ампер, метровый кельвин,..."
3)Еще недоумения: "магнитная сила" - что это такое? Чем она родственна силе Кориолиса?
И как совмещаются "массовая сила Кориолиса" с "поверхностной силой Кориолиса"?
Не слишком ли много противоречий в системе?
Как могут РЕАЛЬНЫЕ СИЛЫ присутствовать в физике, науке о движении тел?
Физика - реальный храм, силы - реальные пастыри, а тела - реальные поломники?


> > Теперь я скажу несколько слов о РЕАЛЬНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ силах, которые присутствут в физике.
> > Вообще говоря, все силы в физике можно разделить на ТРИ основные группы:
> > 1) МАССОВЫЕ СИЛЫ (гравитация, центробежные и электричество)
> > 2) ПОЛЕВЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (электромагнитные и сила Кориолиса например).
> > 3) Поверхностные силы (трения, растяжения, сжатия и др.).
> > Основой физических взаимодействий являются МАССОВЫЕ СИЛЫ.
> > МАССОВЫЕ СИЛЫ - это такие силы, для реализации которых не требуется физическая среда (вещество или материя).
> > Массовых сил, вообще говоря, всего три (гравитация, электричество и центробежная), и центробежная сила присутствует среди них!
> > Магнитная сила и сила Кориолиса хотя и являются массовыми, но к ним не относятся, поскольку являются соответственно производными от электрической и центробежной силы.

> 1) При попытке классификации желательно проверить новую систему понятий на наличие в ней внутренних противоречий и противоречий с уже существующими системами.

Вооще говоря, никакой новой системы понятий я не вводил.
Наоборот, в физике я консерватор, и без нужды никакие новые понятия не ввожу.
Массовые силы, в физике, определены еще Галилео Галилеем как "материнское свойство притяжения тел к Земле", впоследствии это понятие было обобщено Робертом Гуком и Исааком Ньютоном на планеты Солнечной Системы.
Альберт Эйнштейн пошел еще дальше, и постулировал обобщение этого понятия на всю Вселенную.
Я, вообще говоря, не сторонник подобных обобщений, но в классической физике это является весьма традиционным.
То есть, ничего нового в "моей" системе понятий нет.
Поэтому не следует выдумывать и приписывать мне какие-либо новшества в этой области.


> Сила, масса, сила тока, длина, время, температура, количество вещества - физические величины, характеризующие тела, процессы, действия. Эти понятия обединены в систему мер или систему основных физических характеристик.

Все эти понятия не объединены, а максимально разъединены - то есть, совершенно различны.
В этом и заключена вся логическая суть СИСТЕМЫ МЕР.
СИСТЕМА МЕР - это совокупность основных понятий, не связанных между собой.
То, есть, говоря математическим языком, любая СИСТЕМА МЕР - это система взаимно ортогональных понятий, или система понятий в ортогональном базисе.

> 2) Образуем выражения из этих слов: "массовая сила, силовая масса, температурная сила, силовая температура, силовое время, временная сила, длинная сила, силовая длина, сила количества, количество силы, количество температуры, масса силы тока, сила тока массы, ..."
> Не очень удачные характеристики характеристик.

Да, да.
Не очень удачные.
Согласен с Вами.
Что касается понятия "массовой силы", то Ньютон это понятие сформулировал в виде связи массы с силой в Законе Всемирного Тяготения

F = -γ M1M2/R2

Здесь, как видите, слева стоит сила, а справа - произведение масс.
Если Вы, подобно Ньютону, подобным образом сумеете сформулировать другие "характеристики характеристик", то я ничего против не имею.

Попробуйте.
Может Вы у нас "новый Ньютон".

> А если единицы измерения ассоциировать?
> Например: "килограмовая секунда, ньютоновый ампер, метровый кельвин,..."

Попробуйте - может и получится.
У Эйнштейна, например, масса зависит от скорости - "скоростная масса" получается.

А Вы что, хотите возразить Эйнштейну и Ньютону???

> 3)Еще недоумения: "магнитная сила" - что это такое? Чем она родственна силе Кориолиса?

Объяснять это подробно здесь я не буду, поскольку у меня нет ни времени ни желания это делать.
Тем более, у меня нет желания что-либо объяснять тем участникам форума, которые "самодостаточны", которые считают, что уже знают все, и которые не желают знать что-либо еще сверх того, что им уже известно.
Поэтому я очень кратко и понятно это объясню это лишь тем, которые еще хотят что-либо понять.

Магнитная сила, и сила Кориолиса - это те силы, которые проявляют себя лишь в процессе наблюдения движения.
Например, если мы вращаемся вместе с зарядом (стоим рядом с зарядом), то никаких магнитных сил мы не обнаружим.
И если мы стоим неподвижно на вращающейся платформе, то никакой силы Кориолиса мы тоже не обнаружим.
Чтобы обнаружить эти силы нам необходимо двигаться.
В этом эти силы родственны друг другу.

> И как совмещаются "массовая сила Кориолиса" с "поверхностной силой Кориолиса"?

"Поверхностной силы Кориолиса" не бывает.

> Не слишком ли много противоречий в системе?

Что Вам мешает их исправить?

> Как могут РЕАЛЬНЫЕ СИЛЫ присутствовать в физике, науке о движении тел?

Неважно как.
Главное, что присутствуют.



> > Сила, масса, сила тока, длина, время, температура, количество вещества - физические величины, характеризующие тела, процессы, действия. Эти понятия обединены в систему мер или систему основных физических характеристик.

> Все эти понятия не объединены, а максимально разъединены - то есть, совершенно различны.
> В этом и заключена вся логическая суть СИСТЕМЫ МЕР.
> СИСТЕМА МЕР - это совокупность основных понятий, не связанных между собой.
> То, есть, говоря математическим языком, любая СИСТЕМА МЕР - это система взаимно ортогональных понятий, или система понятий в ортогональном базисе.

Имелось в виду - 7 понятий объединены в одно понятие: основные физические величины.
Основные физические величины =(сила, масса, сила тока, длина, время, температура, количество вещества),
при этом они, конечно, различны по своей размерности.
Я тоже не стремлюсь придумывать новые названия и переименовывать известные понятия.


1) Во-первых, Вы не правильно перечисляете основные единицы.
2) ВО-вторых, никакго фундаментального смысла они не несут. Можно сделать их не 7, а 5 или 10


> 1) Во-первых, Вы не правильно перечисляете основные единицы.
> 2) ВО-вторых, никакго фундаментального смысла они не несут. Можно сделать их не 7, а 5 или 10

Честно говоря, я встрял от нечего делать.
Во-первых, я не знаю правила перечисления. Имелось в виду канделлу вместо ньютона вставить?
На самом деле я пользовался правилом из логики: как объединять понятия одного рода в обобщающее понятие.
Во-вторых, ни о каком фундаментальном смысле обобщающего понятия речи не было.
Например: Домашние животные (корова, овца, козел, кошка, пес, курица, ...)
Где в "домашних животных" фундаментальный смысл? В объдинениии двух признаков? Можно добавить сюда кролика или выбросить курицу.
А вот горох в этот список не вставить.


> При вращении диска вокруг его оси на каждый его элемент действует
> центростремительная сила, направленная к центру вращения.
> Почему же диск не сжимается этими силами, а растягивается?

Никакого парадокса нет. При ускорении вращения(положительном ускорении) диска он будет растягиватся по направлению от центра диска. При равномерном вращении его форма будет стабильна. При торможении вращения (Ускорини отрицателином а также если за время ускориния и равномерном кручении в веществе не произошло структурных изменений)диск будет сужиматса так как Вы и сказали.


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100