Довольно часто я встречаю недопонимание элементарных законов механики как среди школьников, так и среди взрослых. Этот пост – попытка "на пальцах" объяснить одно нетривиальное следствие первого закона Ньютона.

Всем знаком такой эффект – на вращающемся диске шарик, положенный близко к оси вращения, стремится укатиться от этой оси к краю диска. Для большей наглядности и чтобы избежать криволинейных траекторий, устроим на таком диске желоб, куда и поместим наш шарик. Пусть диск вращается равномерно, с постоянной угловой скоростью.

Что же заставляет этот шарик перемещаться от центра к краю диска?

- Центробежная сила! – скажет кто-то. Но давайте посмотрим, какие силы, скорости и ускорения рисуют нам в учебнике физики.

Здесь V – мгновенная линейная скорость шарика, ā – центростремительное ускорение, w – угловая скорость диска. Заметьте, никаких сил, заставляющих катиться шарик к краю диска, на этом рисунке нет. Напротив, есть центростремительное ускорение, а значит, и сила, которая должна бы толкать шарик не краю, а наоборот, к центру диска. Как такое может быть?

Положите на стол лист бумаги и сверху на этот лист поместите тот же шарик. Теперь начните выдвигать лист бумаги из-под шарика. Что произойдёт? Шарик начнёт катиться в сторону, противоположную той, в которую мы тащим лист.

Хорошо, скажете Вы. Принципиально возможно такое, что сила направлена в одну сторону, а тело движется в другую. Мы же тут двигаем опору из-под шарика и создаем момент вращения. Но в диске-то никакая опора из-под шарика не уходит, он ведь только вращается. Давайте посмотрим, что происходит с шариком на вращающемся диске.

За время Δt линейная скорость шарика изменила направление. Была V1, стала V2. Если изменилась скорость, значит есть ускорение. Что такое ускорение? Это ΔV/Δt. Давайте посчитаем векторную разницу V2 – V1. По правилам векторного вычитания эта разница есть вектор, который на рисунке выше и обозначен как ΔV. Видите куда он направлен? Правильно, к центру. Туда же направлено и появившееся ускорение, называемое центростремительным. И если принять во внимание, что сила, вызывающая это ускорение, приложена не к центру масс шарика, а к точке касания его с диском, то дельта V – это не скорость движения шарика к центру, а скорость убегания из-под него диска. Вот так! Мы все же тянем диск из-под шарика, а тот катиться в другую сторону.

Первый закон Ньютона гласит, что в инерциальных системах отсчёта, если на тело не действуют никакие силы, или действие этих сил уравновешено, то тело сохраняет прямолинейное равномерное движение или покоится.

В случае с листом бумаги шарик не хочет менять свою скорость по модулю. Он хочет оставаться на месте. В случае с вращающимся диском – он не хочет менять направление своей скорости, пытаясь сохранить прямолинейное движение.

Вращающийся диск постоянно, каждый момент времени пытается изменить направление скорости движения шарика. Он постоянно выбивает почву у него из-под ног, что равносильно вытаскиванию бумажного листа в случае поступательного движения.

Все тела обладают инертностью. Почему? Это не вопрос механики, это вопрос из области квантовой теории поля. Туда мы не полезем.

На этом примере мы показали, что никакая центробежная сила не толкает шарик к краю диска. Её просто нет. Но что же за зверь такой эта центробежная сила и почему этот термин иногда можно употреблять?

Центробежную силу ввели для удобства расчётов в неинерциальных системах отсчёта. Если мы на первом рисунке представим, что мы сидим на устроенном нами жёлобе, то получится, что мы сами станем вращаться вместе с диском, а шарик покатиться мимо нас. При этом никаких сил к этому шарику не приложено. И вот для того, чтобы в данной неинерциальной системе отсчёта рассчитать движение тела, вводится эта псевдосила.

Данная часть затронет особенности связанные с пересечением пикселей о которых коротко было сказано в предыдущем посте.

Пиксель это бесконечно сложный объект соответственно количество вариантов как его можно пересечь так же практически бесконечное число.
Но при этом мы не имеем бесконечное количество частиц потому что структура пикселя очень простая.
Как аналогию возьмём кубик рубика кусочки которого это тоже кубики рубика и так на миллиарды уровней в глубину.
Будет огромное количество вариантов как его можно пересечь. Но все эти варианты неизбежно будут захватывать самые первые кубики. В пикселе точно такая же ситуация есть части которые захватываются при любом варианте. Комбинации этих частей образуют паттерны или главные орбиты частиц и именно это позволяет отличить фотон от электрона.
У всех электронов главная орбита одинаковая и в этом плане они идентичны но при этом нет двух одинаковых электронов потому что дальше рисунок пересечения у каждого свой.

Этот рисунок я называю конфигурацией частицы и в данном случае хочу осветить особенности того как мир работает в этом месте.
Поведение частицы во вселенной всегда строго соответствует ее конфигурации.
По сути это программа которая определяет что частица должна сделать следующий ход. Это один из важнейших аспектов мира который не мог остаться не замеченным.
Ньютон анализируя накопленные следы смог выделить основные моменты работы этой системы что в последствии стало механикой Ньютона.

Наличие программы создает ряд особенностей связанных с ней. Прежде всего программу что то должно исполнять что то менять и проч.

То что исполняет программу называется инерцией. Это первый закон Ньютона.
То что меняет программу он назвал силой.
Это второй закон.
Наличие изменения программы создает ситуацию когда вместе могут оказаться как две одинаковые программы так и две разные.
Второй случай люди называют ускорением.

Конфигурация частицы нам недоступна мы можем их лишь сравнивать между собой.

Если две ложки лежат на столе и не убегают друг от друга то их конфигурации похожи но не идентичны.
Чтобы сдвинуть ложку или руку нужно изменить ее конфигурацию.
Это чем то похоже на наклон наклона.
Пока у ложки и планеты одинаковый "наклон"(это аналогия и она не про реальные наклоны)они будут оставаться вместе но если у ложки изменить наклон наклона то она может двигаться по планете оставаясь при этом с ней.
У всех частиц в скоплении галактик должен быть общий наклон или орбита или часть рисунка. Если у частицы не будет этого общего рисунка то она это скопление покинет.

Ньютон забыл добавить одну важную особенность программ которую в последствии добавил Эйнштейн а именно то что программу нельзя изменить пока она выполняется. Это назвали замедлением времени.
По сути это означает что есть условие у взаимодействия и пока оно не будет выполнено взаимодействие не произойдет.
Зависит это от сложности варианта пересечения чем сложнее рисунок тем больше нужно времени на его выполнение и тем больше период запрета на изменение частицы. Увеличить сложность можно разогнав частицу вещества. При приближении к скорости света сложность становится почти бесконечной. Как результат количество изменений становиться меньше.

Как выглядит частица с которой нельзя взаимодействовать?

Из за того что движок исполнения только один и это инерция получается что существуют только инерциальные системы отсчета и любое движение это движение по инерции. Любая неинерциальная система это всегда пакет из разных инерциальных где каждая выполняется по инерции.
На данный момент предполагается что есть движение под воздействием сил и движение по инерции. Это не верно.
По сути утверждается что есть А это движение по инерции и Б движение под воздействием сил. При этом утверждается что все А равны.
Получается схема АБА где Б это движение под воздействием сил.
На самом деле схема такая АБС где любая буква это вариант конфигурации и исполняется он по инерции. Движение же под воздействием сил это просто две разные буквы подряд например аб или бс. То есть отдельной буквы у движения под воздействием сил нет. При этом все процессы в каждой букве идут одинаково и в этом смысле они равны но из за разницы вариантов время в каждой букве свое.
Так как инерция это исполнитель программ сил инерции быть не может. Инерция не может оказывать влияние на программу она ее только исполняет.

Аналогия инерции это станок который работает без остановки и постоянно что то делает. Добавили ему программу делать ботинок и он ее вечно будет повторять делать эти ботинки пока программу не поменяют.

Из того что конфигурация частицы закрыта нельзя сделать копию чего либо. Нельзя будет доказать например что фотоны полностью идентичные.
Конфигурацию нельзя создать или уничтожить. Максимум их можно переводить одни в другие.
Нельзя просто изменить конфигурацию куда то надо деть старую.

Навеяно странным штендером, который встретился по дороге.