Newtonův kbelík

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 1. února 2021; kontroly vyžadují 4 úpravy .

Newtonův kbelík [1] je jednoduchý fyzikální experiment , který dostal různá vysvětlení na základě různých modelových konceptů prostoru a času .

Experiment

Tento experiment se provádí v laboratoři nebo doma. Vezme se kbelík, o něco více než z poloviny naplněný vodou, k rukojeti kbelíku se přiváže lano a volně se zavěsí na stativ.

Kbelík se 10x otočí kolem svislé osy, přičemž se lano zkroutí, čímž se poněkud zkrátí. Poté se kbelík uvolní. Působením gravitace a pružných momentů ze strany lana se kbelík s vodou otočí v opačném směru kolem stejné svislé osy.

V počátečních okamžicích, kdy kbelík pustíme, je voda v kbelíku nehybná a její volná plocha je vodorovná a kbelík se začíná otáčet. V následujících okamžicích, v důsledku působení momentů viskózních třecích sil, se voda začne otáčet společně s kbelíkem a volná hladina vody nabývá konkávního tvaru: voda se řítí z osy otáčení do stěny kbelíku a hladina vody u stěn kbelíku stoupá.

Interpretace výsledků experimentu

Zakladatel klasické mechaniky , Isaac Newton , rozlišoval mezi relativním a absolutním pohybem.

Zpočátku, když byl relativní pohyb vody v nádobě největší, vůbec nevyvolával touhu vzdálit se od osy - voda neměla tendenci ke kruhu a nestoupala u stěn nádoby, ale jeho povrch zůstal plochý a jeho skutečný rotační pohyb ještě nezačal. Potom, když se relativní pohyb snížil, vzestup vody u stěn nádoby odhalil její touhu vzdálit se od osy a tato touha ukázala postupně se zvyšující skutečný rotační pohyb vody, a když se stal největším, voda se v klidu usadila vzhledem k nádobě. Tato aspirace tedy nezávisí na pohybu vody vzhledem k okolnímu tělesu, proto z takových pohybů nelze určit skutečný rotační pohyb tělesa. Skutečný kruhový pohyb jakéhokoli tělesa může být pouze jeden v plném souladu se silou jeho aspirace z osy, relativní pohyby, v závislosti na tom, k čemu se vztahují, může mít těleso nekonečný počet; ale nezávisle na těchto vztazích nejsou tyto pohyby vůbec doprovázeny skutečnými projevy, pokud toto tělo nemá kromě těchto relativních jediný skutečný pohyb, který byl řečeno.

Ernst Mach popřel existenci absolutního pohybu a podal vysvětlení skutečné zkušenosti na základě principu po něm pojmenovaného.

Newtonova zkušenost s rotující nádobou s vodou pouze ukazuje, že relativní rotace vody vzhledem ke stěnám nádoby nevyvolává žádné znatelné odstředivé síly, ale že tyto jsou vyvolány relativní rotací vzhledem k hmotnosti nádoby. země a zbytek nebeských těles. Nikdo nedokáže říci, jak by experiment probíhal, kdyby stěny nádoby zesílily a byly masivnější, až nakonec byly tlusté několik mil.

Podle principu ekvivalence , který je základem obecné teorie relativity Alberta Einsteina , jsou gravitační síly ekvivalentní silám setrvačnosti, které vznikají při pohybu z inerciální vztažné soustavy do neinerciální soustavy. Gravitační síly působící v určitém bodě časoprostoru lze tedy vždy eliminovat přechodem do inerciální vztažné soustavy. Eliminace gravitačních sil v celém reálném časoprostoru je však nemožná, protože v zakřiveném časoprostoru mohou být referenční systémy inerciální pouze lokálně.

Nějaké vysvětlení

V "Teorie pole" vysvětlili Lev Landau a Evgeny Lifshits .

Uvažujme dvě vztažné soustavy, z nichž jedna ( ) je inerciální a druhá ( ) se rovnoměrně otáčí kolem společné osy . Kruh v rovině soustavy (se středem v počátku) lze také považovat za kružnici v rovině soustavy . Změřením obvodu a jeho průměru pomocí stupnice v systému získáme hodnoty, jejichž poměr je roven π, v souladu s euklidovskou geometrií v inerciální vztažné soustavě. Nyní nechte měření provést s pevným poměrem ke stupnici. Pozorováním tohoto procesu ze systému zjistíme, že měřítko aplikované podél kruhu podléhá Lorentzově kontrakci, zatímco radiálně aplikované měřítko se nemění. Je tedy zřejmé, že poměr obvodu kruhu k jeho průměru, získaný jako výsledek takového měření, bude větší než π. $K$ $K'$ $K$ $z$ $xy$ $K$ $x'y'$ $K'$ $K$ $K'$ $K$

Viz také

Poznámky

↑ Green B. Fabric of the Cosmos: Space, Time and Texture of Reality : Vydavatel: Librokom, 2009 608 s ISBN 978-5-397-00001-7 .

Literatura

Isaac Newton . Matematické principy přírodní filozofie. Překlad z latiny a poznámky A. N. Krylova. M.: Nauka, 1989. 688 s. ISBN 5-02-000747-1 . Série: Klasika vědy.
E. Mach . Mechanika . Historický a kritický esej. - Iževsk 2000. 456 s.
Landau L. D. , Lifshits E. M. Teorie pole. - 8. vydání, stereotypní. — M .: Fizmatlit , 2001. — 534 s. - (" Teoretická fyzika ", svazek II). — ISBN 5-9221-0056-4 .