Сегодня механика Ньютона, является незыблемой основой всей классической физики, сомневаться в которой нельзя по определению, если человек не хочет повесить на себя ярлык умалишенного, но, не смотря на это, сталкиваясь с вопиющими противоречиями того чему учит механика Ньютона, с тем что преподносит нам практический опыт, прогнать навязчивые сомнения становится все труднее и труднее.
ОШИБКА ПЕРВАЯ
Как только мы начинаем знакомится с разделом динамики, предварительно прилежно освоив кинематику, мы сталкиваемся с понятием силы. Ньютон в своем знаменитом втором законе утверждает, что сила есть произведение массы тела на ускорение, с которым это тело движется. Добросовестно усвоив это знание, мы двигаемся в изучении физики дальше. Благо в это время мы ещё в таком возрасте, когда задумываться о справедливости приобретенных нами знаний просто некогда, гораздо важнее играть в футбол или жать кнопки на компьютере.
Но спустя много лет приобретая очередной автомобиль, узнаешь о таком параметре как время разгона до 100 километров в час, и тут, не вольно, вспоминаешь школьные знания. Чтобы разогнаться до такой скорости, колеса должны отталкиваться от поверхности дороги с определенной силой, которую мы вычисляем именно по второму закону Ньютона, зная ускорение. Зная эту силу не трудно определить, какая мощность двигателя для этого нужна. Поэтому если мы хотим уходить от светофора с пробуксовкой, то выбираем автомобиль с двигателем большей мощности. И вот на своем новом красавце отправляемся в известное путешествие из Петербурга в Москву. Дорога длинная и чтобы не утомлять ногу устанавливаем режим круиз-контроль на скорости 90 км/час разрешенной для большинства дорог в России, а сами начинаем размышлять, куда в это время исчез второй закон Ньютона.
В соответствии с этим законом, сила это всегда производная от ускорения, но глядя на спидометр мы видим, что никакого ускорения наш автомобиль не испытывает, но уже вот несколько часов едет с постоянной скоростью, следовательно, из законов кинематики мы понимаем, что его ускорение равно нулю, но тогда и сила движущая автомобиль тоже должна быть равной нулю. Но если сила рана нулю, то, что тогда заставляет двигаться нашу машину?
ОШИБКА ВТОРАЯ
Вторым краеугольным камнем механики Ньютона является понятие энергии, которую он определяет как половина произведения массы тела умноженной на квадрат его скорости. Причем, ни в одном учебнике физики не приводится алгоритм вывода этой формулы. Человеку знакомому с высшей математикой не трудно увидеть в ней решение неопределенного интеграла функции произведения массы тела на его скорость, при условии переменности скорости, отсюда и этот странный численный коэффициент 0,5. Решение этого интеграла исходит из условия, что начальная скорость всегда равна 0, а конечная некоторому фиксированному значению, то есть по этой формуле можно определить только энергию тела двигающегося с ускорением. Но если наш автомобиль двигается из Петербурга в Москву с постоянной скоростью, то его энергия в этом случае будет равна нулю. Весьма странный и обескураживающий результат, но бензин при этом реально куда-то утекает, хотя как утверждает Ньютон этого быть не должно.
Таким образом, формулу энергии в интерпретации Ньютона можно использовать только для тел, двигающихся с ускорением.
ОШИБКА ТРЕТЬЯ
Следствием первых двух ошибок является третья ошибка.
Наш житейский опыт показывает, что любое действие связано с работой, которая по Ньютону есть произведение силы приложенной к телу на пройденный этим телом путь. В нашем случае, как мы это выяснили при анализе первой ошибки, сила равна нулю, следовательно, наша машина не совершает ни какой работы, но бензина при этом требует постоянно.
Но не менее удивительна эта ошибка и по отношению к телу двигающемуся с ускорением. Если во втором законе Ньютона ускорение представить в виде отношения изменения скорости ко времени, то мы приходим к выражению механической энергии для максимальной скорости, которая, как мы помним из анализа второй ошибки, от расстояния не зависит.
Таким образом, в механике Ньютона механическая работа тождественна энергии тела при максимальной скорости и формально не зависит от расстояния, которое преодолевает тело.
И так, подводя итог, рассмотренным ошибкам, можно сделать вывод о том, что механика Ньютона ориентирована на описание процессов, проходящих исключительно с ускорением, и полностью игнорирует процессы, проходящие с постоянной скоростью. Но даже при описании импульсных процессов, как мы это видим в третьей ошибке, предлагаются лишь локальные решения, которые нельзя использовать в обобщающих задачах.
Если фундамент здания, сложен кое как, сикись накись, то спрашивается, какое здание на таком фундаменте было построено?
ДОПОЛНЕНИЕ
Сожалею, но далеко не все читатели поняли смысл основного посыла статьи найти алгоритм вычисления работы для тела движущегося с постоянной скоростью.
Дано:тело движется с постоянной скоростью V в течении времени t.
Определить затраченную на это движение работу и силу формирующую это движение.
Традиционный алгоритм решения этой задачи дает результат ноль:
А = F * l = m*a*l
Так как а(ускорение) = 0, А(работа) и сила тоже равны нулю.
Решать эту задачу надо следующим образом:
1) находим мгновенную энергию движения: E = m*V^(2)
2) полученный результат умножаем на время, в течении которого тело находилось в движении:
А = Е * t = m*V^(2)*t = F*l*t
Откуда можно вычислить силу формирующую движение с постоянной скоростью:
F = m*V^(2)/l = m*V/t
Основная ошибка Ньютона в том, что в классической физике не используется понятие мгновенной энергии, которое не связано с характером движения тела, и заменено понятием средней энергии при движении с ускорением. Отсюда и невозможность посчитать силу и работу для равномерного движения.
К слову сказать m*V Ньютон называл "количеством движения", при этом под V им понималась мгновенная скорость в момент времени t.
В этом случае речь идет собственно не об ошибке Ньютона, а об ошибке интерпретации его выводов.
ДОПОЛНЕНИЕ 2
И всё же реформа основ классический физики факт неизбежный, когда-нибудь это должно произойти.
Во-первых, необходимо ввести понятие мгновенной энергии.
Во-вторых, то что Ньютон обозначил как "количество движения" по свой физической природе является силой формирующей движение, а то, что названо им "сила", по сути свой, есть механический импульс, характеризующий динамику движения.
Реформа фундамента классической физики повлечет за собой глобальную реформу всего "здания" физики, которая откликнется и в квантовой, и в релятивисткой физиках.
Процесс реформы физики будет длительным и болезненным, но результат того стоит. Горизонты которые откроются после этой реформы, позволят выйти на совершенно иные уровни физических знаний. И основное в них, отсутствие ограничения движения скоростью света. Скорость света не является физическим ограничением движения в пространстве, а это уже полный пересмотр основ квантовой и релятивистских физик.