Существует еще несколько доказательств правильности теории вращения Земли. Они заключены в эффектах закручивания атмосферных и океанических течений. Кроме того, известна общая особенность: если река течет с севера на юг в северном полушарии, то ее правый берег – крутой, а левый – пологий. Однако эти особенности требуют отдельного рассмотрения и выходят за рамки настоящей брошюры.

Необходимо сделать некоторые оговорки. Мы не учли некоторые эффекты, связанные с возникновением движения по виражу.

Кроме того, Они связаны с действием второго закона Ньютона и особенностями действия закона сохранения энергии. Они выходят за рамки настоящей брошюры. Интересны также следующие вопросы будут обсуждаться позднее, в следующих разделах книги.

При рассмотрении представленного Следует сделать ряд Обсуждение ряда подобных вопросов вынесено в раздел «Семинары и самостоятельные решения».

Как эти факторы влияют на обсуждаемый эффект. Заметим попутно, что скорость вращения не зависит от размеров и массы автомобиля, поскольку эти величины не вошли в формулу для ω.

Помимо движения по виражу, опасное вращение автомобиля может инициироваться состоянием шин и столкновением с другим автомобилем. Иллюстрацией служат задачи, вынесенные на самостоятельное решение.

Задача1.7. На вращающейся платформе находятся три детали. Внезапно они теряют сцепление с опорой. Опишите дальнейшее движение деталей.

Решение. До потери сцепления все три детали совершают вращение вместе с платформой. Угловые скорости их вращений одинаковы. В то же время поступательные скорости центров деталей – различны. Скорость равна нулю для детали в центре диска и максимальна – для третьей детали.

Вывод: деталь 1 будет вращаться, а центр ее останется на месте. Детали 2 и 3 будут двигаться параллельно касательной к ободу, вращаясь против часовой стрелки. Траектории и длины перемещений отражены пунктирными линиями.

Можно показать также, что расстояния, на которые отбросит детали, характеризуются формулой: длина перемещения равна S = 2 π r t / T, где r – расстояние от центра детали до оси вращения, t – время полета детали, T – период вращения платформы.

Ответ. То есть, чем дальше от центра диска находится деталь, тем выше ее поступательная скорость. При этом скорость вращения – одинаковая, не зависит от радиуса.

Рис. 1.7. Поведение деталей на вращающемся диске до (а) и после (б) потери сцепления, пунктир – траектории центров тяжести

Попутно заметим, что эти принципы, кажущиеся теперь очевидными, привели к множеству трагедий на рубеже 16-го – 17-го веков. Дело в том, что тогда решался важнейший вопрос естествознания. «Что движется? Солнце вокруг Земли, или Земля вокруг Солнца?». В те времена за неудачный ответ на него вполне могли сжечь на костре. Дело в том, что в тогдашней кинематике речь шла фактически об устройстве Мира, об авторитете Библии. Но об этом поговорим попозже. Отметим лишь, что потребовалось почти сто лет, чтобы эти правила утвердились в умах ученых! Почему так долго? Решим ряд следующих задач, которые иллюстрируют некоторые странности действия этого простого принципа.

Драматическая история открытия закона относительности была описана неоднократно. этих вещей была , открытая обстоятельства начале 17-го века Галилео Галилеем. Положения теории относительности Галилея довольно просты для нас. Их можно выразить, в частности, следующими утверждениями.

На второй – в центре мироздания расположено Солнце, а Земля вращается вокруг своей оси с периодом одни сутки и одновременно движется вокруг Солнца с периодом один год. Луна имеет период обращения – месяц. Система называется «гелиоцентрическая».

Теория правильная – если она соединяется с другими теориями, подобно пазлу в детской игре. Два пазла должны соединиться так, чтобы совпали все выступы и впадины, а также рисунки обеих деталей должны переходить одна в другую. Так же и две теории должны согласовываться друг с другом. Например, кинематика и динамика должны образовывать единую науку. Движение тел должно объясняться действиями сил. Электротехника должна использовать закон Кулона. Например, электрический ток может «пробить» электрическую изоляцию именно благодаря действию закона Кулона, а не какой-то «волей» электрического тока. Пробой происходит, когда сила Кулона, действующая на носители тока, превысит строго определенное значение.

Механика образует пазл-структуру, содержащую отдельные детали – кинематику, динамику, законы сохранения, которые должны в своих выводах согласовываться и дополнять друг друга.

Можно, конечно, рассматривать в форме отдельных казусов движение тела с постоянной скоростью, ускоренное, замедленное, движение по кругу. Но истинная теория должна требовать объяснения этих видов движения с динамикой и другими видами механики.

Теории, основанные на том, что «просто знаю» называются параномальными. Они не привлекают

Конечно, можно знать, что летающие тарелки существуют, но использовать подобные знания при прокладке трасс самолетов – будет себе дороже.

Паранормальные теории – не соединяются с другими теориями-пазлами. Они существуют изолированно, «для красоты».

Вы имеете право опрыскивать святой водой свой самолет пред посадкой на него, но нельзя требовать от авиаконструкторов введения подобного обязательного правила.

Так было не всегда. Например, охотник каменного века знал, что стрела летит сначала прямо в цель, а потом падает на землю. При этом его теория полета стрелы не использовала ни закона всемирного тяготения, ни аэродинамики. Он просто знал, что если сделать так – будет то. А если иначе – другое. В настоящее время при стрельбе из пушки необходимо, чтобы кинематика полета снаряда

Поэтому во времена охотника каменного века можно было считать, что солнце утром встает, а вечером – уходит за горизонт. В наше время, при создании кинематики движения Солнца необходимо учитывать, что существуют другие науки, с которыми необходимо согласовывать теорию движения.

В следующей главе мы представим результаты опытов, которые прямо указывают, что именно Земля вращается, а не Солнце ходит по горизонту.

Вопрос. На рис.1.15 изображены две картины движения планет. Какая из них – более правильная? Как это доказать?

Ответ 1.13. Считается, что с точки зрения математического описания – они обе дают правильные предсказания положений планет и Солнца. За неимением места, переадресуем читателя к другим книгам.

Согласно теории Птолемея, в центре Мира находится Земля, а вокруг нее вращаются Луна, планеты, Солнце и сфера звезд (на рис. не показана). Небесные тела совершают очень сложные движения. Во-первых, вся система совершает оборот вокруг Земли в течении суток. Во-вторых, все они, за исключением звезд, совершают вращение по большим окружностям, которые он назвал деферентам. В-третьих, планеты Венера, Марс и другие двигаются по окружностям меньшего радиуса, называемыми эпициклами. Далее предусматривалось, что и эпициклы вращаются по своим эпициклам. Получался очень сложный механизм со множеством своеобразных шестеренок.

Теория Птолемея оказалась научной, то есть достаточно точной. Она использовалась мореплавателями для ориентации по солнцу и звездам более 1500 лет. Эта «геоцентрическая» модель Вселенной, в которой Земля покоилась, а небесные светила двигались, была закреплена в христианской религии. Особенность любого верования – незыблемость принятых догматов. В отличие от науки, религия не доказывает, а принимает принципы.

Правильность теории

Как известно, практика – критерий истины. Правильной можно считать такую теорию, которая

Парадокс относительности движения. Можно считать, что звезды и Солнце двигаются по небу.

Ответ. Согласно принципу относительности, оба утверждения правильны. Правда, имеется оговорка, обсуждаемая в следующей главе. Это возможно, если считать Землю инерциальной системой отсчета. Обратимся в следующей главе к рассмотрению эффектов, связанных с действием закон инерции и к его нарушениям.

Необъяснимое вечное движение нашего светила стало основой множества религий. Солнце называли Гелиосом – у греков, Аполлоном – у римлян, Ра – в древнем Египте. Фараон Египта был Сыном Солнца. Появление первой кинематики в Египте было вызвано необходимостью предсказать движение Солнца и звезд по небосклону. Зачем это оказалось нужным?

Оказывается, движение бога Солнца Ра по небу было очень важно для древних египтян. Жрецы открыли, что именно по воле бога Ра происходили разливы Нила, приходила засуха, менялись времена года. Поэтому первые ученые на земле, жрецы, создали первую кинематику – науку о движении Солнца и звезд по небосклону. Теперь грамотные люди говорили земледельцу, как поступать, чтобы не засохла взошедшая пшеница. Или не погибла при наводнении.

Рассмотрим проблему описания движения светил.

Рис. 1.12. Движение солнца по небосклону – реальность, или иллюзия?

Жрецы Египта объясняли смену дня и ночи тем, что бог Амон-Ра движется по небу на колеснице , рис.1.13. Днем она плывет по небесной реке с востока на запад, и солнце освещает землю. Обратный путь – с запада на восток – Ладья проделывает ночью: она плывет под землей через Загробный Мир, и солнце согревает своими лучами мумии, лежащие в саркофагах. На рассвете Ладья через пещеру в восточных скалах вновь выплывает на небосвод, и все повторяется сызнова.

Рис.1.13. Ладья Ра; виньетка из папируса; http://www.wands.ru/txt/lnk_002r.html

Для описания движения Солнца и его положений в небе зимой и летом, жрецы создали Календарь – одно из первых научных учений. Эту теорию можно считать научной, потому что она правильно предсказывала времена года. Календарь дал тогдашним ученым людям невиданное могущество. Они могли сказать, когда нужно бросить семя в землю, чтобы не умереть с голоду!

В этом и состояло одно из главных достижений египетской науки. Жрецы определили, что год длится 365 дней. Каждый год они разделили на три сезона. Первый, равный нашим четырем месяцам, назывался «ахет» (что в переводе с языка древних египтян означает «наводнение»). Он совпадал с разливом Нила. В то время, которое теперь протекает с июля по октябрь, река затопляла берега. Следующий сезон, длившийся тоже около четырёх наших месяцев, назывался «перет» (появление суши). Вода спадала, увлажнив землю и удобрив её илом; сезон начинался севом и заканчивался сбором урожая. С марта со стороны Сахары начинал дуть иссушающий ветер, и наступал последний сезон года, «шему» (отсутствие воды). Таким образом был создан КАЛЕНДАРЬ – одно из великих открытий человечества.

Следует отметить, что создание этого Календаря было делом очень сложным, потребовало сотен лет. При этом жрецы догадались, что звезды вращаются вокруг Земли с периодом 365 дней, а Солнце, в свою очередь, перемещается относительно этой Звездной сферы. И хотя звезд днем не было видно, но жрецы знали, в каком созвездии «гостит» Солнце, в созвездии Козерога, Водолея или других. Таким образом, течение года означало движение Солнца мимо невидимых в этот момент созвездий, рис. 1.14.

Кроме астрономии и Календаря, жрецы предложили и еще одну науку, астрологию. Они сделали вывод, что поскольку движение Солнца и звезд так сильно влияет на великую реку Нил, то уж на жизнь ничтожных отдельных людей – подавно должно влиять. Жизнь людей запутана и противоречива. Хорошее и плохое – перемешано. Удача и неудача столь же относительны, как явление движения. Поэтому астрология и сохранила свое влияние до наших дней.

Решим попутно задачу, описывающую невидимое движение Солнца.

Вопрос 1.12. В какое время года, зимой или летом, можно увидеть на небе созвездие Льва?

Ответ. Период времени «Лев» относится к лету. В это время Солнце проходит по этому созвездию. Следовательно, лишь зимой Солнце достаточно удалится от этого созвездия, и «Лев» можно увидеть ночью.

Рис.1.14. Годовое движение Солнца через созвездия

Прав ли был Галилей? Крутится ли она?

Календарь был первой, но примитивной моделью движения Солнца. Более научная же теория была создана через две тысячи лет после создания пирамид египетским ученым Птолемеем.

Вопрос. На рис.1.15 изображены две картины движения планет. Какая из них – более правильная? Как это доказать?

Рис.1.15.

Системы Мира Птолемея (а) и Коперника (б)

Однако еще до Птолемея, в древней Греции, Элладе, существовала альтернативная теория гелиоцентризма, по которой Земля движется вокруг Солнца и одновременно вращается вокруг своей оси.

Рис. 1.16. Николай Коперник, польско-немецкий ученый; портрет создан учеными путем реконструкции по черепу

И вот, в конце 16-го века, в Европе возник конфликт между рядом свободолюбивых философов и консервативной церковью. В начале 17-го века Николаем Коперником была создана теория, по которой в центре Мироздания не Земля, а Солнце. Все планеты, включая Землю, совершают движение по идеальным окружностям вокруг Солнца.

Николай Коперник был одним из государственных деятелей Германии. Не зря Коперник опасался публиковать свою теорию. Она сразу же была запрещена церковью, потому что свободолюбивые философы Европы воспользовались ею, чтобы ослабить влияние Церкви. Дело в том, что принцип «Земля – центр Вселенной», утвержденный учениками Аристотеля, подрывала основу христианского Мироздания. Ее активный защитник Джордано Бруно – сожжен на костре.

Галилео Галилей, защищавший теорию Коперника, был репрессирован церковной инквизицией. За оскорбление его должны были сжечь на костре, как Джордано Бруно. Он спасся тем, что принял покаяние и поклялся более нигде и никогда не упоминать кощунственную теорию о движении Земли. Согласно легенде, после этой процедуры он бодро топнул ногой и заявил. «А все-таки она вертится!» Но это, конечно, вряд ли

Теперь во всех учебниках астрономии говорится, что движение Солнца по небу – кажущееся, относительное. На самом деле – это Земля крутится! Но все же, можно ли убедиться, основываясь на реальных фактах, а не с помощью запутанной теории, что это так? Об этом – следующий раздел, посвященный неинерциальным системам отсчета.

Рис. 1.17. Джордано Бруно, 1548-1600 гг, итальянский монах-доминиканец, поэт, философ. Пропагандировал гелиоцентрическую теорию Н. Коперника. Объявил о множественности Миров. Обвинен римской инквизицией в ереси, сожжен на костре

Нам трудно представить, потому что мы не ценим зачастую блага Госметеоцентра. А в те времена лишь жрецы знали, почему и как движется Ра. От предсказаний жрецов зависела жизнь народа Египта.

При этом обе теории фактически равноправны с точки зрения теории относительности.

Так все-таки, стоило ли ученым вести войну с церковью? Земля вертится или покоится?

Если смотреть движется вперед оль горизонтали (взгляд «х»), то телега кажется стоящей, а шарик падает с ускорением сверху вниз. Если смотреть сверху, то шарик и конструкция едут ВМЕСТЕ.

Однако, если следовать принципу Галилея (правило 4), то можно РАЗЛОЖИТЬ движения тележки и шара на два независимых: горизонтальное и вертикальное. и рассматривать их независимо. Нетрудно видеть, что и тележка, и груз двигаются по горизонтали одинаково, поскольку имеют одинаковые горизонтальные составляющие скорости. И только движение по вертикали – разное. Однако его можно отбросить, как независимое. И тогда, если ограничиться использованием тяжелых предметов и считать движение не слишком быстрым, приходим к следующему выводу.

Используем фурнитуру в форме ширмы, окружающей падающий шар. зайдем мысленно во внутрь и, пользуясь повседневным опытом увидим, что шар просто падает сверху вниз.

Движение вперед легко «уничтожается». Достаточно ведь поставить ширмочку, чтобы не было видно, что платформа едет – и внутри нее шар будет падать сверху вниз. Математически поступают следующим образом. Переходят мысленно в систему отсчета, связанную с тележкой. В ней – движение по горизонтали отсутствует.

Ответ. Круглый предмет на рис.1.3 упадет в точку «б» платформы, располагающуюся под точкой подвеса.

Во многих книгах говорится о том, что предсказание затмения – это демонстрация могущества. Одна из основных задач науки о движении небесных объектов – предсказание. 1) Затмений Солнца и Луны. Это имело огромное общественное значение в Др.Греции. 2) Наступления весны, разливов Нила.

В Древней Греции, в работах Эллинских мудрецов. Многие из почерпнули свои знания в путешествиях по халдейским и египетским землям.

В мифах древней Греции также утверждалось, что бог солнца Гелиос двигается на колеснице, запряженной четверкой лошадей. Однако накопленное к тому времени знание об астрономии позволило уже перейти к новой теории, которую называют геоцентрической. Ее создателями можно считать Архимеда, Евдокса, Аристотеля и Гиппарха. Во 2-м веке нашей эры ей придал законченный вид Клавдий Птолемей. Упрощенная схема движения Солнца и планет изображена на рис.1.15. Она заключалась в том, что в центре мира находится шарообразная Земля, вокруг которой вращаются по нескольким идеальным окружностям Луна, Солнце и планеты.

Рис. Система мира Птолемея

4 вида движения Солнца, два описания:

1) День-ночь (часы) Время разбили, в соответствии с 12-тичной системой счисления.

Относительно сферы звезд: проходит через созвездия Рыб, Овна, Близнецов… Календарь, Астрология

3) Модель Птолемея – циклы, эпициклы – навигация

4) Коперник – чистая физика

5) Кеплер – астрофизика

Правильность теории определяется ее полезностью. Если бы был компьютер, можно было бы составить массив данных и обойтись без расчетов.

Жрецы обнаружили очень простую и очень сложную вещь. Звезды вращаются вокруг Земли с периодом 1 год, а Солнце, в свою очередь, перемещается относительно Звездной сферы.

Солнце в Рыбах – поря сеять! Когда в Скорпионе – пора убирать.

Звезд днем не видно, но жрецы знали, что они находятся на своем месте и Солнце пересекает соответствующее созвездие.

Знание у жрецов было тайной, которую не должны были знать непосвященные.

Приборное обеспечение: часы – календарь – секстант – телескоп

Пространство феноменов – содержит множество придуманного, и среди этого множества содержатся элементы истины. Существует поверхность, отделяющая истину от вымыслов.

Астрология – астрономия

Теории Теслы: среди выдумок (энергия пространства, электромедицина, , раскалывание Земли…)элемент истины – асинхронный двигатель.

Если учесть, что высшая цель фараона или жреца состояла в том, чтобы взлететь

Эти явления предсказывали жрецы.

Сейчас – это просто. Есть календарь. Есть гидрометеоцентр. А если этого нет???

ТРИ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

В истории физики были созданы три теории относительности.

О первой из них говорилось в настоящем разделе. Ее создатель – Галилео Галилей, представший ее в начале 1600-х годов. Ее важнейший тезис – скорость и движение относительны.

Вторая создана Альбертом Эйнштейном в 1904 году и называется специальная теория относительности (СТО). В ней утверждается, что время и расстояние – относительны и меняются в движущихся телах. Важнейшее применение теории – атомная \энергия. Она использовала формулу E = m c2.

Через 10 лет Эйнштейн выдвинул еще более общую теорию относительности. В ней понятия прямолинейности и гравитации оказываются относительными. В присутствии тяготения свет движется по кривой. Важнейший результатом можно считать теорию рождения и расширения нашей Вселенной.

1904 год: СТО длина и время относительны.

Эйнштейн: 1910 ОТО прямолинейность и гравитация – относительны

В конце XIX века ньютоновское понятие абсолютного пространства подверглось уничтожающей критике, а в начале XX века Анри Пуанкаре и Альберт Эйнштейн провозгласили всеобщий принцип относительности: нет смысла утверждать, что тело покоится или движется, если дополнительно не уточнить, относительно чего оно покоится или движется. При обосновании этого фундаментального положения оба автора использовали полемически острые формулировки. Так, Пуанкаре в книге «Наука и гипотеза» (1900 год) писал, что утверждение «Земля вращается» не имеет никакого смысла, а Эйнштейн в книге «Эволюция физики» указал, что системы Птолемея и Коперника— это просто два разных соглашения о системах координат, и их борьба бессмысленна. В связи с этими новыми взглядами в массовой печати неоднократно обсуждался вопрос: а был ли прав Галилей в своей настойчивой борьбе?

Хотя, в любом учебнике астрономии говорится, что Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца. И это видно из космоса. Аппараты Вояджер, находящиеся сейчас на окраинах солнечной системы, прислали фотографии, подтверждающих, что Земля – спутник Солнца.

Но можно ли реально зафиксировать вращение Земли, не выходя в космос?

Об этом следующий раздел.

Например, в 1908 году во французской газете «Матэн» появилась статья, где автор заявил: «Пуанкаре, величайший математик века, считает упорство Галилея ошибочным». Пуанкаре пришлось написать специальную статью «Вращается ли Земля?» (1904) с опровержением приписываемого ему мнения о равносильности систем Птолемея и Коперника, а в книге «Ценность науки» он заявил: «Истина, за которую пострадал Галилей, остаётся истиной».

Что касается вышеприведенного замечания Эйнштейна, то оно относится к общей теории относительности и означает принципиальную допустимость любых систем отсчёта. Однако отсюда не следует их физическая (и даже математическая) эквивалентность[132]. С точки зрения удалённого наблюдателя в системе отсчёта, близкой к инерциальной, планеты Солнечной системы всё же движутся «по Копернику», а геоцентрическая система координат, хотя часто и удобна для земного наблюдателя, имеет ограниченную область применения[133]. Кроме того, в системе Птолемея было бы невозможно вывести законы Кеплера и закон всемирного тяготения, поэтому с точки зрения прогресса науки борьба Галилея была не напрасной[132].

Обитатели долины Нила, где нет настоящей зимы, делили год на три сезона, которые зависели от поведения реки. Первый сезон – «ахет» (что в переводе с языка древних египтян означает «наводнение») – совпадал с разливом Нила. В то время, с июля по октябрь, река затопляла низины. Следующий сезон, длившийся тоже около четырёх месяцев, назывался «перет» (появление суши). Вода спадала, увлажнив землю и удобрив её илом; сезон начинался севом и заканчивался сбором урожая. С марта со стороны Сахары полтора месяца дули иссушающие ветры, и наступал последний сезон года, «шему» (отсутствие воды). С Нила, от которого зависела вся жизнь египтян, и началась астрономия этой древней цивилизации. «Египет – это дар Нила», – писал древнегреческий историк Геродот.

<<1 2 3 4 >>

На страницу:

Перейти

2 из 4