Мой друг, долгое время «сила» была самым «таинственным» параметром в Физике. Теперь настала пора разобраться с этим, ибо двигаться дальше без осознания смысла данного параметра уже будет трудно.
Коллега. Думаю, что здесь всё не так просто. Ведь движение тел мы объясняем через силу, а силу, в свою очередь, вынуждены объяснять через движение. Получается порочный круг.
Вы совершенно правы, мой друг, ибо для математики, к примеру, всё качественное многообразие мира заключено в различии движения частиц. Именно поэтому математик и механик Анри Пуанкаре (1854-1912) заявил: «
нет надобности, чтобы определение силы объясняло, что есть сила в себе и что она – причина или следствие движения».
А, что же происходит в действительности, когда два тела (или тело и среда) взаимодействуют друг с другом? При этом сразу оговорим, что взаимодействие имеет место в двух случаях:
- при непосредственном контакте тел;
- через посредство силового поля.
В
первом случае ясно, что одно тело передаёт часть своей
энергии другому телу. При этом первое тело замедляется, а второе ускоряется. Следовательно, происходит изменение кинетической энергии тел в пространстве. Вектор, определяющий интенсивность и направление этого изменения при перемещении на единицу длины, мы называем градиентом энергии. А, это и есть
сила.
Справка:
Кинетическая энергия, – энергия материальной среды, зависящая от скоростей движения её точек.
Градиент (от латинского gradiens, родительный падеж gradientis – шагающий), вектор, показывающий направление наискорейшего изменения некоторой величины, значение которой меняется от одной точки пространства к другой.
Коллега, здесь Вы рассматриваете только кинетическую энергию. Значит, если отнести эту энергию к единице массы (1 кг), то получим некий параметр, которому так и просится название – кинетиал.
Вы совершенно правы, мой друг. Ведь, удельную потенциальную энергию (энергия, отнесённая к единице массы) мы называем потенциалом, а удельную кинетическую энергию мы по аналогии просто обязаны называть кинетиалом.
Более того, градиентом кинетиала в пространстве тоже является ускорение, но это ускорение мы должны уже называть напряжённостью кинетического поля. Более подробно об этом мы поговорим при рассмотрении магнитного поля, ибо тут просматривается явная аналогия.
Однако давайте теперь рассмотрим
второй случай, когда пробное тело взаимодействует с силовым полем, которым может быть гравитационное или электрическое поле.
Справка:
Силовое поле, часть пространства (ограниченная или неограниченная), в каждой точке которой на помещённую туда материальную частицу действует определённая по величине и направлению сила.
Двигаясь в силовом поле, пробное тело может отобрать у этого поля (или передать ему) часть энергии. И этот процесс тоже связан, соответственно, с ускорением или замедлением пробного тела и одновременно с изменением
потенциальной энергии в пространстве. Следовательно, и здесь присутствует тот же вектор, который показывает направление изменения потенциальной энергии. И мы этот вектор тоже называем градиентом энергии или силой.
Справка:
Потенциальная энергия, часть общей энергии системы (включая вещество и поле), зависящая от взаимного расположения частиц, составляющих эту систему, во внешнем силовом поле.
Вывод:
Сила является градиентом энергии.
Коллега, Вы хотите сказать, что сила является производной энергии?
Именно так, мой друг. Сила является всего лишь производной энергии, то есть её градиентом в пространстве. Это первое, что мы с Вами должны помнить всегда.
Но есть и вторая, не менее важная особенность силы, о чём тоже не следует забывать. Здесь мы уже сказали, что действие силы возможно только в двух случаях: при непосредственном контакте тел и через посредство силового поля.
В первом случае сила действует только на некоторую поверхность тела и вызывает его деформацию (столкновение тел, давление тел друг на друга). Следовательно, здесь мы имеем дело с
поверхностной силой.
Во втором случае сила действует одновременно на каждую элементарную частичку по всему объёму тела и деформаций в теле не вызывает (сила тяготения, сила инерции). Поэтому такую силу мы можем называть
объёмной силой. Иногда её называют
пондеромоторной силой (от лат. pondus, родительный падеж ponderis – тяжесть и motor – приводящий в движение). Однако определение «объёмная» здесь ближе по смыслу, ибо эта сила действует одновременно на весь объём тела.
Вот, это пока и есть то главное, что мы должны знать о силе взаимодействия. Немного позже мы поговорим и о
силе инерции.
