Способ, скорость, ускорение

Борис Владимирович Пустозеров
Перевод статьи или её фрагментов на английский язык без разрешения автора запрещается!


Физические тела движутся в пространстве различными способами. Способ – это качественная характеристика движения объекта, также как свойство или признак являются качественной характеристикой самого объекта. И также как любое свойство объекта количественно характеризуется величиной, каждый способ движения тоже имеет свою величину. Физическую величину какого-либо способа движения мы называем Скоростью. При перемещении тела мы вычисляем его скорость как длину пройденного отрезка пути за прошедшее время. При вращении тела вокруг своей оси угловую скорость вычисляем как угол сектора совершённого поворота за время, затраченное на поворот.

Перемещение совершается по линии – это движение физического тела в одномерном пространстве, – и его скорость, называемая линейной скоростью, имеет размерность «метр в секунду». Вращение совершается в двухмерных пространствах, так как все точки тела вращаются вокруг оси в параллельных плоскостях, перпендикулярных оси, и угловая скорость вращения представлена такой размерностью как «радиан в секунду» или «градусов в секунду». Однако, исходя из того, что любое тело имеет конкретные размеры, можно при вращении на плоскости, помимо угловой скорости, также вычислять скорость вращения как площадь сектора, заметаемого максимальным радиусом тела за прошедшее время, то есть как приращение площади покрытия круга в единицу времени. В этом случае скорость вращения тела в плоскости имеет размерность «метр в квадрате за секунду», и называть её следует уже не угловой, а поверхностной скоростью, или скоростью покрытия (скоростью приращения) поверхности.

Кроме вращения и перемещения, физические тела способны двигаться ещё одним широко распространённым способом – внедряться в среду, это так называемый «комбинированный» способ. Внедрение происходит в любом случае, когда тело вращается вокруг своей оси и при этом перемещается в каком-либо направлении. Внедрение совершается только в трёхмерном пространстве, и естественно, что скорость внедрения должна вычисляться как объём среды, вытесняемый, или заполняемый, или проходимый вращающимся телом в единицу времени. Такую скорость движения следует называть предметной или вещественной скоростью, или же скоростью приращения объёма, и она имеет размерность «метр в кубе за секунду».

Земля является физическим телом и вращается вокруг своей оси. Угловая скорость её вращения для нас, как субъектов с коротким периодом жизни, постоянна, то есть на протяжении существования человечества значение скорости вращения Земли практически не изменяется. Вместе с Луной Земля представляет другое физическое тело – Лунно-Земной эллипсоид (ЛЗЭ), планетарную систему, которая обращается вокруг Солнца также с постоянной (относительно нас, субъектов) угловой скоростью. Солнце вместе с Землёй и другими планетами также движется по дуге эллиптической орбиты, обращаясь вокруг галактического центра с постоянной скоростью. Постоянство этих скоростей означает, что для нас постоянными будут не только линейная скорость перемещения любого покоящегося физического тела на земном экваторе по своей «экваториальной» орбите вокруг земной оси, но и средняя линейная скорость перемещения Солнца по траектории солнечной орбиты в Галактике, и средняя линейная скорость перемещения Земли с Луной по траектории земной орбиты в Солнечной системе, и средняя линейная скорость перемещения Луны вокруг Земли по своей лунной орбите. Эти скорости являются именно средними, так как вычисляются для периода полного оборота тела вокруг центра (спутника вокруг планеты, планеты вокруг звезды, звезды вокруг галактического центра и т.п.), исходя из положения, что радиус обращения тела равен большой оси его орбиты, которая практически всегда является эллиптической.

Итак, физические тела способны перемещаться в одномерном пространстве по линии, вращаться в двухмерном пространстве в плоскости и двигаться в трёхмерном пространстве – внедряться в материальную среду. Необходимо при этом иметь в виду, что не только твёрдая земная суша или воздушная атмосфера, но и вакуум также является средой – это вещество, плотность которого очень низкая относительно привычных для нас веществ, то есть жидкостей, газов или плазмы. Также нужно помнить, что физическое тело может двигаться любым способом, если имеет способность к движению, причём величиной способности является энергия. Получить способность, выраженную каким-то количеством энергии, тело может лишь в результате какого-либо воздействия на него других тел или хотя бы одного тела. При воздействии физическое тело, естественно, ускоряется и приобретает скорость, если до этого находилось в покое, или же изменяет скорость, если до того уже находилось в движении, а затем, после ускорения, движется по инерции. Но, кроме ускорения в результате направленного воздействия, тело на своём инерционном пути одновременно испытывает торможение в результате встречного воздействия (давления) среды, в которой происходит движение. Таким образом, на любом отрезке пути любое физическое тело движется то с минимальной, то с максимальной скоростью, поэтому всегда средняя скорость перемещения тела равна половине суммы минимальной и максимальной скоростей.

Замкнутая орбита обращения любого тела представляет собой чередование отрезков перемещения и точек поворота. Исходя из положения, что радиус обращения тела вокруг центра равен большой оси его эллиптической орбиты, то есть для упрощения расчётов предполагая его обращение круговым, мы должны понимать, что средняя линейная скорость движения тела по орбите является постоянной только для этой орбиты – орбиты определённого радиуса. Это повсеместно подтверждается нашими наблюдениями – постоянные скорости движения планет зависят от их радиуса обращения вокруг Солнца, постоянные скорости движения спутников планет зависят от их радиуса обращения вокруг своих планет, даже постоянная скорость вращения гайки на шнурке, которую крутит малыш, зависит от длины шнурка. Но, в таком случае, постоянным будет и ускорение (в том числе, и замедление) тела на любом коротком линейном отрезке его условно круговой орбиты обращения вокруг центра, то есть на любом участке одномерного пространства. Это постоянное линейное ускорение тела на орбите имеет размерность «метр в секунду за секунду», то есть «метр в секунду в квадрате». А так как эти ускорения тело совершает, в том числе, в плоскости двухмерного пространства, то их ещё можно считать поверхностными с размерностью, в отличие от линейных и угловых ускорений, «метр в квадрате за секунду в квадрате». То есть в плоскости орбиты определённого радиуса такое постоянно совершаемое телом ускорение показывает нам скорость изменения скорости покрытия (заметания радиусом) круга в единицу времени.

Теперь, если вспомнить третий закон Кеплера, в котором великий учёный за годы наблюдений и расчётов экспериментально вывел наличие определённого коэффициента для любой вращательной системы, содержащей неоднородно вращающуюся среду, и посмотреть на размерность этого коэффициента, обычно называемого «постоянной Кеплера», – «метр в кубе в секунду в квадрате», – можно с полной уверенностью констатировать факт, что постоянная Кеплера есть вещественное ускорение, то есть скорость изменения вещественной (предметной) скорости внедрения физического тела в окружающую среду. Физическим телом, внедряющимся в галактическую среду по круговой орбите является наше Солнце, и для всех тел внутри Солнечной системы скорость внедрения в галактическую среду должна быть одинакова. Зная, что плоскости планетных орбит не совпадают и отличаются от плоскости эклиптики и друг от друга на один-три градуса, под физическим телом в Солнечной системе надо понимать именно плоско-эллиптичные пространственные вращающиеся тела, включающие в себя планету (с её имеющимися спутниками) и солнечный центр.

Мы привыкли считать, что Солнечная система состоит из Солнца и планет, а она, видимо, составлена плоскими орбитальными физическими телами с общим для всех тел центром в виде нашего светила. Каждое физическое орбитальное тело включает в себя не только вращающуюся вокруг Солнца планету, комету или даже целый пояс малых тел, но и вращающуюся вместе с планетой или поясом плоскость, в которой центр-солнце передаёт планете или поясу способность к внедрению в пространство галактики, то есть в галактическую среду путём «винтового» движения вокруг траектории Солнца…