Ведро Ньютона

Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей.

Ведро Ньютона^[1] — это простой физический эксперимент, которому даны различные объяснения, исходя из различных модельных представлений о пространстве и времени.

Постановка эксперимента

Настоящий эксперимент проводится в лабораторных или домашних условиях. Берётся ведро, наполняется водой чуть больше половины, к ручке ведра привязывается верёвка и подвешивается к штативу-треноге.

Проведение эксперимента

Верёвка с ведром скручивается и ведро отпускается. Под действием силы тяжести со стороны Земли и моментов сил упругости со стороны верёвки, ведро с водой будет раскручиваться.

Результат наблюдения

В первоначальные моменты времени, когда мы отпускаем ведро, вода в ведре неподвижна и ее свободная поверхность горизонтальна; а ведро начинает вращаться. В последующие моменты времени, в результате действия моментов сил вязкого трения, вода начинает вращаться вместе с ведром, и свободная поверхность жидкости принимает вогнутую форму. Вода устремляется от оси вращения к стенкам ведра, а уровень воды у стенок ведра повышается.

Интерпретации результатов опыта

• Основоположник классической механики Исаак Ньютон различал относительное и абсолютное движение.

«В начале, когда относительное движение воды в сосуде было наибольшее, оно совершенно не вызывало стремления удалиться от оси — вода не стремилась к окружности и не повышалась у стенок сосуда, а её поверхность оставалась плоской и истинное вращательное её движение ещё не началось. Затем, когда относительное движение уменьшилось, повышение воды у стенок сосуда обнаруживало её стремление удалиться от оси и это стремление показывало постепенно возрастающее истинное вращательное движение воды, и когда оно стало наибольшим, то вода установилась в покое относительно сосуда. Таким образом это стремление не зависит от движения воды относительно окружающего тела, следовательно по таким движениям нельзя определить истинно вращательное движение тела. истинное круговое движение какого-либо тела может быть лишь одно в полном соответствии с силою стремления его от оси, относительных же движений, в зависимости от того, к чему они относятся, тело может иметь бесчисленное множество; но независимо от этих отношений, эти движения совершено не сопровождаются истинными проявлениями, если только это тело не обладает, кроме этих относительных, и сказанным единственным истинным движением.»

• Эрнст Мах отрицал наличие абсолютного движения и давал объяснение настоящего опыта на основе принципа, названного его именем.

«Опыт Ньютона с вращающимся сосудом с водой показывает только то, что относительное вращение воды по отношению к стенкам сосуда не пробуждает заметных центробежных сил, но что эти последние пробуждаются относительным вращением по отношению к массе Земли и остальным небесным телам. Никто не может сказать, как протекал бы опыт, если бы стенки сосуда становились всё толще и массивнее, пока наконец, толщина их не достигла бы нескольких миль.»

• Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна при переходе из инерциальной системы отсчёта в неинерциальную совершается переход из «плоского» пространства-времени в «искривлённое». «Искривлённое» пространство-время является причиной возникновения сил инерции-гравитации.

Некоторые пояснения  

В «Теории поля» Лев Ландау и Евгений Лившиц объясняли.

«Рассмотрим две системы отсчёта, из которых одна (К) инерциальна, а другая (К') равномерно вращается относительно К вокруг общей оси z. Окружность в плоскости xy системы К ( с центром в начале координат) может рассматриваться и как окружность в в плоскости x'y' системы К'. Измеряя длину окружности и её диаметр масштабной линейкой в системе К, мы получим значения, отношение которых равно π, в соответствии с евклидовостью геометрии в инерциальной системе отсчёта. Пусть теперь измерение производится неподвижным относительно К' масштабом. Наблюдая за этим процессом из системы К, мы найдём, что масштаб, приложенный вдоль окружности, претерпевает лоренцево сокращение, а радиально приложенный масштаб не меняется. Ясно поэтому, что отношение длины окружности к её диаметру, полученное в результате такого измерения, окажется больше π.»

Примечания

1. ↑ Брайан Грин. Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности: Издательство: Либроком, 2009 г. 608 с ISBN 978-5-397-00001-7.

Литература

• Исаак Ньютон. Математические начала натуральной философии. Перевод с латинского и примечания А. Н. Крылова. М.: Наука, 1989. 688 с. ISBN 5-02-000747-1. Серия: Классики науки.
• Э.Мах. Механика. Историко-критический очерк. — Ижевск 2000. 456 с.
• Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теория поля. — Издание 8-е, стереотипное. — М.: Физматлит, 2001. — 534 с. — («Теоретическая физика», том II). — ISBN 5-9221-0056-4

См. также

• Механическое движение
• Инерция
• Вращение