Сила і вага
На перший погляд все знають, що таке сила. Так, в популярному американському підручнику “Фізика” автори Елліот і Вілкокс на питання “що таке сила” відповідають: “Сила це поштовх або тяга” (стор. 50). Погодитися з цим неможливо. У техніці є термін “сила тяги” (наприклад, трактори). Якщо підставимо тлумачення сили з іноземного підручника в наш технічний термін, отримаємо вираз “тяга тяги”. Це звучить абсурдно.
У традиційних підручниках також зустрічаються вирази типу сила інерції, відцентрова сила, сила протидії і т. П. Там же можна прочитати, що сила це напір, натиск, загалом, дивися вище. Візьмемо, наприклад, вираз “сила інерції”, яке зустрічається всюди. Його треба розуміти так, що існує “інерція”, у якої є “сила”. Інерцією називають властивість ізольованого від зовнішніх полів тіла зберігати свою швидкість. Це відповідає закону збереження енергії. Але що таке “сила інерції” для ізольованого тіла? Може, “тяга інерцією”? Звідки “тяга”, якщо тіло ніщо не тягне? Може, “натиск інерцією”? Але ізольоване тіло ні на що не напирає. Як вимірювати силу інерції ізольованого тіла? Відповіді нема ніде.
Думається, нам не варто витрачати час, намагаючись пояснити незрозуміле. Ми повинні сказати наступне: якщо фізики ось уже триста років не можуть придумати визначення сили, значить, сила це не фізична величина, а математична. Інакше кажучи, сила – це кількісна характеристика руху. Тоді достатньо визначити силу математично і прийняти її як математичний об’єкт. Розберемо це на прикладі з гравітації.
Відомо, що вага Р – це прояв сили тяжіння (F). Можна написати F = P без перехідного коефіцієнта, так як силу теж вимірюють у ньютонах. Згадаймо, гиря вагою Р на висоті h має енергію Ep = Ph (3.1). Тоді: F = P = Ep / h (3.2). Якщо h = 1 м, то з (3.2) випливає, що F = ЕP. Тобто, сила чисельно дорівнює енергії, переданої тілу при його підйомі на 1 м. Це підтверджує думку, що сила визначає енергію, передану від тіла до тіла при їх взаємодії. Якщо енергію передавати швидко, збільшується швидкість передачі енергії. Можна сказати, що сила – це величина, що характеризує темп передачі енергії від тіла до тіла. Ми говоримо “темп”, так як потенційна енергія залежить від місця розташування тіла, яке визначається в метрах. Кінетична енергія передається шляхом зміни швидкості, яка залежить від часу. У цьому випадку можна сказати, що сила – це величина, що характеризує швидкість передачі енергії.
З космічних досліджень відомо, що на Місяці вага тіла в шість разів менше, ніж на Землі. Це означає, що сила тяжіння Місяця в шість разів менше, ніж у Землі. Введемо для поля тяжіння коефіцієнт гравітації g наступним чином: P = gm (3.3). Рівняння (3.3) показує, що із збільшенням гравітації вага тіла зростає. З геофізичних вимірювань відомо, що біля поверхні Землі величина gз дорівнює в середньому близько 10 м / с2. Значить, для Місяця коефіцієнт гравітації gл дорівнює приблизно 1.6 м / с2. З (3.3) випливає, що g = P / m (3.4). З урахуванням (3.4) можна написати, що сила гравітації F = gm (3.5). Тоді потенційну енергію тіла в полі гравітації g можна виразити як Ep = Ph = Fh = mgh (3.6).
(1 votes, average: 5.00 out of 5)