Мой друг, инерция (от лат. inertia – бездействие) проявляется в том, что тело сохраняет неизменным состояние своего движения или покоя, когда действующие на тело силы отсутствуют или взаимно уравновешиваются. Такое движение мы можем называть инерционным.
Именно поэтому главным условием движения тела по инерции является отсутствие действующих на это тело внешних сил. Однако на протяжении двух тысячелетий великий авторитет Аристотеля (384 - 322 до н.э.) препятствовал этому фундаментальному условию. В его "Механике" утверждается, что "Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие".
Наблюдения действительно показывали, что тело останавливалось при прекращении действия толкающей его силы. Однако, при этом, не учитывалось противодействие естественных внешних сил (сил трения, сопротивления воздуха и т.п.).
Решительно отбросив догмы, Галилео Галилей (1564 - 1642) первым опроверг это суждение Аристотеля. В своём труде "Беседы о двух новых науках" он писал:
"...скорость, однажды сообщенная движущемуся телу, будет строго сохраняться, поскольку устранены внешние причины ускорения или замедления, - условие, которое обнаруживается только на горизонтальной плоскости, ибо в случае движения по наклонной плоскости вниз уже существует причина ускорения, в то время, как при движении по наклонной плоскости вверх налицо замедление; из этого следует, что движение по горизонтальной плоскости вечно".
Это суждение нельзя вывести непосредственно из эксперимента, так как невозможно исключить все внешние влияния (трение и т.п.). Поэтому, здесь Галилей впервые применил метод логического мышления, базирующийся на непосредственных наблюдениях. Если наклон плоскости к горизонтали является причиной ускорения тела, движущегося по ней вниз, и замедления тела, движущегося по ней вверх (см. рис. 1), значит, при движении по горизонтальной плоскости, у тела действительно нет причин ускоряться или замедляться, и оно должно пребывать в состоянии равномерного движения или покоя.
Это уникальное не только по своей значимости, но и смелости человеческого разума открытие Галилея вошло в науку как Закон инерции, который мы знаем из школьной программы, как первый закон Ньютона (1643 - 1727):
"Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если только оно не вынуждено изменять его под влиянием действующих на него сил".
Коллега, так вот Вам и упоминание о равномерном прямолинейном движении.
Именно в этом и заключается принципиальная ошибка. Ведь Галилей говорил о горизонтальной плоскости, а математики (Декарт, 1596–1650 и Ньютон, 1643–1727) посчитали, что прямая линия совпадает с такой плоскостью. Однако, если горизонтальную плоскость Галилея неограниченно продлить во все стороны, то получим обычную сферу с радиусом земного шара. Тогда, о каком прямолинейном движении здесь может идти речь?
Мы все существуем в силовом поле, которое для небольшого пространства (скажем, лаборатории) можно считать однородным (силы тяжести не зависят от координат и их векторы «параллельны» друг другу). В этом случае прямая и горизонтальная линии могут совпадать, ибо горизонтальный пол лаборатории нам кажется «идеально» плоским, а противоположные стены – «строго» параллельными. Здесь условия для движения по Галилею и Ньютону практически аналогичны.
Однако, если стены лаборатории «раздвинуть», скажем, на 100 километров, то они уже не будут параллельны, а её пол станет частью сферы, все точки которой одинаково удалены от центра Земли. Теперь, чтобы сохранить движение тела прямолинейным, придется оторвать его от сферической поверхности, значит – применить силу. Поэтому прямолинейное движение по инерции невозможно. Именно об этом и упоминалось в беседе о выборе системы отсчёта.
При этом следует помнить, что горизонтальной можно считать только ту поверхность, в любой точке которой радиус силового поля всегда перпендикулярен к ее элементарному участку. Именно поэтому в силовом (потенциальном) поле горизонтальная поверхность является сферой (или ее частью) с одинаковым потенциалом (гравитационным или электрическим). Такую сферу мы называем эквипотенциальной.
С учетом этих определений Закон инерции следует читать в более общей редакции:
«Всякое тело сохраняет инерционное движение по эквипотенциальной поверхности, если только оно не вынуждено изменять его под влиянием действующих сил».
Однако, это всего лишь более общая формулировка, а мы с Вами, коллега, знаем, что в практике неплохо действует и формулировка Ньютона.
Я уже говорил, что в рамках лаборатории (силовое поле практически однородно) условия для движения по Галилею и Ньютону почти аналогичны.
Однако, для явно выраженных неоднородных полей формулировка Ньютона неприемлема. И наоборот, использование более общей формулировки в этом случае позволяет нам, к примеру, обойтись без постулатов Бора, которые он вынужденно положил в основу теории атома водорода. Раз электрон в потенциальном поле атома движется по поверхности одинакового потенциала (по инерции), то его энергия (потенциальная и кинетическая) не изменяется и он не должен её излучать. Несколько позже мы поговорим об этом подробнее.
