Login lub e-mail Hasło   

Na fundamentalnym poziomie - siła jak Bóg

Odnośnik do oryginalnej publikacji: http://nasa_ktp.republika.pl/Proste_wyja(...)ia.html
Do pojęcia "siła" jesteśmy tak przyzwyczajeni, że wydaje się nam, że na fundamentalnym poziomie budowy i właściwości materii bez niego w fizyce nie można niczego wyjaśnić.
Wyświetlenia: 1.135 Zamieszczono 11/12/2010

Zacznijmy od wyjaśnienia rzeczy najprostszej...
W szkołach uczono nas o siłach, uczono o trzech prawach dynamiki Newtona... Do pojęcia "siła" jesteśmy tak przyzwyczajeni, że wydaje się nam, że na fundamentalnym poziomie budowy i właściwości materii bez niego w fizyce nie można niczego wyjaśnić. Znamy siłę dośrodkową i, równoważącą działanie tej siły, siłę odśrodkową. Wydaje się nam, że wyjaśnienie tego wszystkiego, co dzieje się w materiale koła zamachowego podczas szybkiego ruchu obrotowego - co może doprowadzić nawet do jego rozerwania - albo wyjaśnienie ruchu ciał niebieskich na orbitach w układzie planetarnym, nie jest możliwe bez posługiwania się pojęciem siły. W rzeczywistości, aby zrozumieć, co w takich sytuacjach się dzieje, pojęcie siły nie jest potrzebne. Ale niezbędne są pojęcia prędkości oraz przyśpieszenia ruchu.

Należy zwrócić uwagę na to, że w niektórych przypadkach w fizyce pomysł stosowania pojęcia siły jest "mocno naciągany". Tak sprawa wygląda właśnie w przypadku ruchu orbitalnego planet.

Bo stosując drugie prawo dynamiki można powiedzieć, że istnieje siła dośrodkowa, która działa na planetę. Bo można powiedzieć, że zakrzywiony ruch planety na orbicie istnieje, ponieważ istnieje przyśpieszenie dośrodkowe. Stosując iloczyn masy planety i jej przyśpieszenia dośrodkowego można nawet wyliczyć, jak wielka jest to siła. Ale jeśli idzie o wielkość siły odśrodkowej, to ją już można wyliczyć jedynie przy zastosowaniu trzeciego prawa dynamiki Newtona. Bo w inny sposób nie można... Bo tak naprawdę nie istnieje coś takiego, jak "przyśpieszenie odśrodkowe".

Podczas orbitalnego ruchu planety wokół centralnego ciała niebieskiego istnieje prędkość liniowa planety, której wektor jest styczny do trajektorii orbity w miejscu jej chwilowego położenia na orbicie, oraz przyśpieszenie ruchu planety w kierunku centralnego ciała. Przyczyną tego przyśpieszenia planety, które jedynie z powodu istnienia specyficznego układu ciał jest nazywane przyśpieszeniem dośrodkowym, jest istnienie centralnego ciała. Centralne ciało istnieje, więc istnieje przyśpieszenie dośrodkowe. Gdyby przy istniejącej chwilowej prędkości planety centralne ciało przestało istnieć, planeta przestałaby być planetą. Od tego momentu byłaby zwykłym ciałem niebieskim, na które nie działa żadne przyśpieszenie dośrodkowe, a jej dotychczasowa prędkość chwilowa byłaby już pod względem wartości i kierunku stałą prędkością ruchu.

To, że w chwili zniknięcia ciała centralnego planeta zaczęłaby się poruszać ruchem jednostajnym prostoliniowym (wzdłuż linii stycznej do dawnej orbity), nie wynikałoby z oddziaływania "przyśpieszenia odśrodkowego". Bo takie przyśpieszenie nie istniało wcześniej, czyli przed zniknięciem ciała centralnego - wtedy istniało jedynie przyśpieszenie dośrodkowe i żadne inne. Ale również takie przyśpieszenie nie pojawiło się w chwili zniknięcia ciała centralnego.
Ten przypadek dobitnie świadczy o "mocno naciąganym" pojęciu siły odśrodkowej.

Chyba że istnienie i działanie przyśpieszenia odśrodkowego powiązać z istnieniem ciała centralnego w układzie planetarnym. Co prawda, nie znajduje się ono w samym centrum układu, ale w tym przykładzie nie to jest istotne. Tu istotne jest to, że planeta również nadaje przyśpieszenie ciału centralnemu i układ jest stabilny dzięki wzajemnemu oddziaływaniu. To przyśpieszenie można więc skojarzyć z pojęciem przyśpieszenia odśrodkowego. Natomiast siłę, która działa na ciało centralne, można skojarzyć z siłą odśrodkową, bo jest ona równa pod względem wartości sile dośrodkowej, która działa na planetę, i jest przeciwnie skierowana.

Ale siła odśrodkowa zazwyczaj nie jest używana w takim znaczeniu, że dotyczy ona ciała centralnego. Siła odśrodkowa jest traktowana jako skutek działania bezwładności ciała i uważa się, że jest ona "przyłożona" do tego samego ciała, na które działa przyśpieszenie i siła dośrodkowa. Najlepiej to widać wtedy, kiedy jako przykład podaje się działanie siły odśrodkowej na pasażerów samochodu jadącego dużą z prędkością na zakręcie. Wówczas nacisk ciał pasażerów na konstrukcję samochodu tłumaczy się jako działanie siły odśrodkowej.

Przykład z pasażerami, którzy są poddawani działaniu siły odśrodkowej, świadczy dobitnie o tym, że pojęcie "siła" (w tym przypadku - odśrodkowa) pochodzi od skojarzeń człowieka z jego przeżyciami psychicznymi, kiedy podczas ruchu odczuwa on wymuszoną zmianę kierunku ruchu jego organizmu. W rzeczywistości, w takiej sytuacji w każdej chwili istnieje jedynie prędkość ruchu poszczególnych cząstek organizmu człowieka, co w makroskali jest postrzegane jako prędkość ruchu jego całego organizmu, oraz istnieje działające na człowieka przyśpieszenie, które hamuje ten ruch i zmienia jego kierunek. Bezpośrednią przyczyną przyśpieszenia jest oddziaływanie elementów konstrukcji samochodu (fotel, pasy bezpieczeństwa), które wymusza określony ruch pasażerów. Gdyby nie było tego wymuszenia - przyśpieszenia, które zmienia wartość i kierunek prędkości - pasażer dalej poruszałby się z niezmienioną prędkością. Mówi się, że w takiej sytuacji (gdyby poruszał się z niezmienioną prędkością) poruszałby się wskutek bezwładności, co zazwyczaj rozumie się jako ruch wskutek działania siły bezwładności. Zapomina się w takiej sytuacji o tym, że gdy nie ma przyśpieszeń, to także nie ma działania siły.

Co więc począć z pojęciem siły?... Czy jest ono niepotrzebne? Nie. To pojęcie jest nawet bardzo potrzebne, ale dla innych przypadków. Powinno ono być stosowane w takich przypadkach, gdy jego zastosowanie nie wpłynie ujemnie na ścisłość naukowego przekazu, oraz gdy to pojęcie jest używane "w większym stopniu" w znaczeniu potocznym, aniżeli naukowym. W naukowym sensie siła jest czymś, o czym nauka nie może wystarczająco ściśle się wypowiadać, podobnie jak nie może ściśle wypowiadać się o Bogu (czy bogu). Nauka nie może wypowiadać się ściśle o działaniu siły jako przyczyny sprawczej, która powoduje ruch i przyśpieszenie na fundamentalnym poziomie oddziaływania, czyli na poziomie oddziaływań między składnikami strukturalnymi, które w nanoskali przyczyniają się do istnienia mikrostruktur, a w megaskali przyczyniają się do istnienia układów planetarnych. Nauka może jednak "wystarczająco" ściśle (bo na podstawie matematycznego wzoru) wypowiedzieć się o sile jako skutku istnienia masy i przyśpieszenia, kiedy to wartość tego parametru wylicza się z (przyjętego umownie do stosowania w fizyce) iloczynu masy ciała i jego przyśpieszenia.

Innym obszarem wiedzy fizycznej, w którym pojęcie siły nie na wiele się przydaje, jest wiedza o (wspomnianej już) strukturalnej budowie materii. Według dzisiejszej nauki w strukturach materii działają rozmaite siły. Są tam siły wiązań międzyatomowych, siła van der Waalsa itd. Ale z oddziaływania wszystkich sił nie wynika bezpośrednio to, co w tych strukturach jest najbardziej istotne. A najbardziej istotne w nich jest zjawisko wzajemnego przyśpieszania istniejących tam składników strukturalnych.

Zjawisko wzajemnego przyśpieszania składników materii jest tożsame ze zjawiskiem wzajemnego przyśpieszania ciał niebieskich np. w układzie planetarnym, które obserwuje się w megaskali. Inna jest tylko skala odległości oraz inny sposób, w jaki zmienia się funkcja przyśpieszeniowa w megaskali i w nanoskali. Przy mega-odległościach między składnikami materii (tworzącymi ciała niebieskie) istnieje przyśpieszanie składników "zawsze do siebie", czyli istnieje tylko wzajemne przyciąganie się. Natomiast przy nano-odległościach istnieje przyśpieszanie i "do siebie", i "od siebie". Przy tej skali istnieją bowiem takie odległości między składnikami, przy których istnieje zerowe przyśpieszenie. Czyli przy odległości między dwoma składnikami, przy której istnieje zerowe przyśpieszenie, dany składnik nie przyśpiesza innych składników. Dopiero gdy sąsiedni składnik znajdzie się w mniejszej odległości od danego składnika, wówczas dany składnik nada temu sąsiadowi przyspieszenie "od siebie", czyli nada mu dodatnie przyśpieszenie - odepchnie go od siebie. A gdy ten oddali się na większą odległość, niż wynosi odległość od miejsca z zerowym przyśpieszeniem, wówczas będzie on otrzymywał przeciwnie skierowane przyśpieszenie, czyli będzie przyciągany. W ten sposób składniki materialnej struktury, drgając wokół miejsc z zerowym przyśpieszeniem, utrzymują się nawzajem w stabilnych położeniach.

*     *     *

Powyższy tekst jest wstępem w artykule "Rodzina zjawisk grawitacyjnych". W artykule można jeszcze przeczytać "Wahadło, libracja Księżyca", "Żyroskop - precesja, nutacja", "Żyroskop - dryf osi, dryfowa nutacja". Artykuł znajduje się na http://nasa_ktp.republika.pl/Proste_wyjasnienia.html.

Podobne artykuły


29
komentarze: 10 | wyświetlenia: 2692
31
komentarze: 83 | wyświetlenia: 4666
27
komentarze: 59 | wyświetlenia: 1763
24
komentarze: 6 | wyświetlenia: 1410
23
komentarze: 15 | wyświetlenia: 2416
22
komentarze: 4 | wyświetlenia: 8876
22
komentarze: 10 | wyświetlenia: 3835
20
komentarze: 13 | wyświetlenia: 1706
19
komentarze: 27 | wyświetlenia: 2096
16
komentarze: 15 | wyświetlenia: 2040
11
komentarze: 4 | wyświetlenia: 432
7
komentarze: 18 | wyświetlenia: 467
7
komentarze: 3 | wyświetlenia: 4574
6
komentarze: 0 | wyświetlenia: 1489
 
Autor
Artykuł

Powiązane tematy





  ulmed,  11/12/2010

Jakoś bardziej mnie obchodzi nanoskala :)))



Dodaj swoją opinię
W trosce o jakość komentarzy wymagamy od użytkowników, aby zalogowali się przed dodaniem komentarza. Jeżeli nie posiadasz jeszcze swojego konta, zarejestruj się. To tylko chwila, a uzyskasz dostęp do dodatkowych możliwości!
 

© 2005-2018 grupa EIOBA. Wrocław, Polska