Истина всегда проста; мир запредельно прост.
Физика - это наука понимать (или видеть) причинность интересующих её явлений, а также знание и поиск ответов на вопрос "Как это работает?". Понятое не может быть сложным, поэтому и сама физика не может быть сложной наукой. Это ведь только там, где много философии, истины нет; а там, где много математики, физики нет. Однако ретивость бесноватых математиков при полном попустительстве со стороны истовых любителей мудрости, то есть фило-софов, привела к тому, что даже простой закон Архимеда уже не понимает ни один профессор современной физики (сужу по учебникам и статьям в Интернете).
Смотрите сами. Тривиальный закон Архимеда помнят, наверное, все. Он гласит: "Любое тело, будучи погружённым в жидкость, становится в ней легче на вес жидкости, вытесненной телом". Хоть это, с точки зрения математиков, и звучит некорректно (вес тела mg в земных условиях для них может изменяться только с изменением высоты его положения, то есть с изменением ускорения свободного падения), но именно уменьшение веса в качестве силы Архимеда измеряется с помощью весов и работает с точностью весов. Сам Архимед открыл свой закон с помощью весов, а весы ничего, кроме изменения веса (нагрузки) измерять не могут. Однако школьники лучше всего запомнят это: "Тело, впёртое под воду, выпирает на свободу весом выпертой воды (телом, впёрнутым туды)".
"...весом выпертой воды". В иной шутке физического смысла больше, чем в строгой научной теории. Но студентам уже не до шуток и не до понимания чего-либо. Авторитетные доценты и профессора заставляют их вычислять "гидростатическую подъёмную силу" ("силу Архимеда") путём дифференцирования давления по высоте столба жидкости и интегрирования его по всем точкам на поверхности погружённого тела. То есть, студентам, по сути, предлагается применять некое подобие теоремы Остроградского-Гаусса и находить ту самую положительную количественную разницу между давлениями жидкости на нижнюю и верхнюю части погружённого тела, имеющего, возможно, самые замысловатые геометрические формы. Да, тут уже не забалуешь… (См. коллаж из Инета вверху.)
Правда, никто силу Архимеда по этой формуле для конкретного тела так и не вычислил ни разу. И это понятно, ведь для математиков главное - это выведение формул, то есть возможность поговорить и поумствовать, а не само вычисление. А вообще-то, "Для математика главное - это умение пренебрегать" (Ландау)... здравым смыслом, логикой и фактами. А чем ещё-то?
"Он стал поэтом - для математика у него не хватало фантазии" (Гильберт)... а для физика у него не хватало умения видеть и понимать природу. И мы, не мудрствуя лукаво, возьмём самое простое геометрическое тело – максимально тонкую пластинку. Её вес и плотность её вещества нам знать совсем не обязательно. Мы просто мысленно поместим её в горизонтальном положении в неподвижную жидкость и зададим профессору вопрос... а вернее, сразу три: «Что происходит с горизонтальной погруженной пластиной, если давление жидкости на неё больше снизу, чем сверху?», «Что происходит с пластиной, если давление жидкости на неё больше сверху, чем снизу?» и "Что происходит с пластиной, если давления над ней и под ней равны?".
Наш профессор, скорее всего, уже сам поймёт, что его "точная наука" снова села в лужу: никакой "гидростатический подъёмной силы", как некого аналога аэродинамической подъёмной силы, которую математики якобы вычисляют с максимально возможной точностью, в природе просто не существует.
Давление потока жидкости на плоскую пластину и давление на неё неподвижной жидкости - это две большие разницы. И в нашем примере всё проще простого: в первом случае избыточное локальное давление жидкости под пластиной может быть создано только такой пластиной, плотность вещества которой больше плотности жидкости, поэтому такая пластина погружается и опускается на самое дно, а не всплывает, как только что думал профессор. Во втором случае избыточное давление жидкости над пластиной и локальное низкое давление под пластиной созданы всплывающей, то есть менее плотной, чем жидкость, пластиной. В третьем случае плотность вещества пластины равна плотности воды, поэтому пластина и не погружается, и не всплывает. Что и требовалось доказать: наш профессор математической науки не понимает даже закон Архимеда, потому что и сам он ни разу не физик, а только математик. (Математик - это тот, кто всегда начинает считать, не успев подумать, и может сосчитать даже то, что невозможно себе представить.)
Копнём чуть глубже. Архимед: "Все жидкости и газы на Земле имеют вес (тяжесть) и находятся под давлением веса собственных и выше расположенных слоёв". Отсюда: давление в любой точке водоёма или атмосферы равно напряжению взаимного отталкивания равноудалённых вибрирующих частиц, которое по силе равно суммарному весу всех частиц, расположенных над данной точкой (с кинетической теорией теплоты и давления мы уже распрощались давно). Следовательно, если вес столба жидкости (газа), включающего тело, больше веса аналогичного по высоте и объёму столба жидкости (газа) без тела, то давление жидкости (газа) под телом тоже будет больше, а само тело будет погружаться и опустится на самое дно. Вот и вся "теорема".
Ещё чуть глубже. Вода и воздух - это текучие вещества, а любой поток всегда движется из области повышенного давления в область пониженного. Под тяжёлой пластиной давление больше, а над ней - меньше. Следовательно, вокруг тяжёлой погружённой пластины образуется обтекающий поток, направленный вверх; а обтекающий лёгкую пластину поток всегда направлен вниз, то есть под пластину. Вес обтекающего потока и есть "Архимедова сила", которая всегда равна весу жидкости или газа в объёме погружённого тела.
"Математика - сверхъестественная наука" (Ландау)... и всё, чего бы она ни коснулась, превращается в сказку. Чем же на самом деле является «сила Архимеда», можно объяснить даже детям с помощью трёх шаров и двух рук. В физике вообще всё нужно стремиться объяснять с наименьшим количеством слов, а больше показывая и тем самым способствуя пониманию. Всё, что человек понимает, он когда-то понял сам, даже если ему в этом кто-то помог. Но всегда лучше не кто-то, а что-то помогло. Правда, стремление к пониманию - это довольно редкий дар. Школьные учителя, к примеру, его вообще не замечают и не ценят, а ведь без этого дара не будет ни крупного учёного, ни изобретателя.
Неожиданный для всех эксперимент - это как раз то, что умнее и разумнее всех профессоров, и такой эксперимент сейчас будет. Три одинаковых и достаточно лёгких шара, расположенные на горизонтальной поверхности на одной прямой, можно поднять и удерживать горизонтально двумя руками, чуть сдавливая их. Но если средний шар будет легче или тяжелее каждого из крайних, то тут будет всё в точности так, как по закону Архимеда: более тяжёлый, чем его окружение, шар будет выдавливаться вниз, а более лёгкий средний шар всегда будет выдавливаться вверх. Это "аксиома трёх шаров", которая работает даже на микроуровне. Так что, «сила Архимеда» - это «выдавливание» погружённых тел, при котором, по словам самого Архимеда, «равнотяжёлые с жидкостью тела остаются на том месте, куда их насильственно погрузили, а разнотяжёлые с жидкостью тела, будучи насильственно погруженными, либо выдавливаются верх и всплывают, либо погружаются дальше и опускаются до самого низа». Таким образом, сила Архимеда обусловлена сдавленностью сред и "текучестью веса" жидкостей и газов, а не разницей давлений на нижнюю и верхнюю поверхности погруженного тела. Запомните это, пожалуйста!
Вычисление вытесняющей силы - это как раз то, от чего сам Архимед отказался 2300 лет назад. Но именно благодаря этому он и открыл свой точный и простой закон, позволяющий эту силу измерить. И теперь стальной корабль лишь потому находится на поверхности воды, что его вес меньше его водоизмещения, а когда вес корабля равен его водоизмещению, то есть весу воды в объёме корпуса корабля, то это подводная лодка в подводном положении. Выходит, что математики не понимают даже этого и тащат нас за собой в доисторические времена или в свой тёмный лес.
"Из дома реальности легко забрести в лес математики, но лишь немногие способны вернуться обратно" (Хуго Штейнхаус)... и назвать математику идеалистической наукой. Но где тот философ, который это говорит?.. Впрочем, Андрей Фурсенко: "Более того, математика убивает креативность". А должно быть наоборот: "Креативность всегда убивает математику". В нашем примере креативные и эксклюзивные вопросы про плоское погруженное тело буквально убили очень научное непонимание математиками тривиального закона Архимеда. Научность из нашей профессуры так порой и прёт, а сама "научность" - это и есть то, чего не может быть в реальном мире, чего никто не понимает, но учёным видится умным. Правда, сами математики не понимают и этого (см. рецензию от учителя физики). Или вы думаете, что математики, к примеру, знают и понимают закон Бернулли? Да? Не смешите! Математики в принципе ничего не могут понимать в физике... да и в сельском хозяйстве - тоже. "Математика - это единственный совершённый метод водить себя за нос"... и других математиков - тоже; "С тех пор, как за теорию относительности принялись математики, я её уже сам больше не понимаю" (Эйнштейн); "Вашу теорию относительности не понимает никто в мире. Но Вы всё-таки стали великим человеком (Чаплин в письме к Эйнштейну).
"Философия и математика - это две такие лингвистические науки, в которых мы уже никогда не поймём, о чем говорим, и существует ли вообще то, о чём мы говорим". Кто сказал? Я сказал. Правда, был ещё Галилей, называвший всяческую учёность "великой глупостью людской": "Посмеёмся, мой Кеплер, великой глупости людской".
Истина всегда проста; мир запредельно прост. Не только нашим студентам, но и всём нам остаётся лишь посочувствовать... и позавидовать древним грекам. Об изгнании математики и математиков из физики в безумном современном мире можно только мечтать.
"Закон Бернулли для чайников и учёных": http://proza.ru/2020/06/20/420