Это не точно, но видимо однажды, глядя на лошадку, везущую хвороста воз, парочка ученых французов придумала формулу для подсчета работы. На тот момент ньютоновская механика уже была в ходу и ученые дяди имели хорошее представление о лошадиной силе. И вот, для определения количества работы, ученые дяди придумали умножать силу лошадки на пройденное ею расстояние. Логика тут прямая как палка – лошадка прилагает силу, чтобы тащить телегу и значит на сколько метров передвинула телегу, на столько она и поработала.
Казалось бы, что здесь может быть не так? А вот что.
Сила по своему определению УЖЕ подразумевает и реализует перемещение тела согласно его ускорению. И всю работу по перемещению тела выполняет именно сила. Вопрос лишь в том, КАК ДОЛГО эта сила воздействует на тело. Не сколько метров воздействует сила, а как долго она воздействует! Почувствуйте эту огромную по смыслу разницу! Однако, ученые гении чаще всего на то и гении, что отступают от здравого смысла куда подальше. Ну а все остальные, за небольшим исключением, не соображают и потому просто глотают то, что им в рот положили.
И вот с тех пор мы имеем что имеем. Работа считается как A = Fs или A = mas. Как следствие, мы имеем единицу измерения работы – Джоуль с совершенно неадекватной размерностью: 1 Дж = 1 Н * м = 1 кг * м²/с². Попробуйте понять ее физический смысл. Готов поспорить, вы не сможете. Площадь м² здесь никоим образом не относится к работе той же лошадки. Другое печальное следствие и еще более абсурдное недоразумение – формула несуществующей кинетической энергии: Ek = mv²/2 (в данной статье ее рассматривать не буду, чтобы не раздувать объемы текста).
Но работа не должна определяться пройденным расстоянием только из-за хотелок парочки математиков. Тем более, что пройденное телом расстояние находится в зависимости от действия силы, что не может быть правильным.
А вот время, выражающее продолжительность действия силы, здесь будет независимой единицей измерения. И более того, если A = Ft = mat, то размерность работы (и энергии) становится адекватной: кг * м/с, точно соответствующей размерности импульса тела P = mv. Мало кто задумывается об этом, но импульс можно рассматривать как сумму импульсов, распределенных во времени. Что в перспективе поможет людям понять природу любой силы, воздействующей на тело. В обратную сторону также все отлично работает. Например, пуля попадает в мишень и начинается дифференциация одного входящего импульса на множество производных, пока деформируется цель и сама пуля. Ну и конечно какую-то часть энергии пуля теряет во время полета при взаимодействии с частицами воздушной среды (что, кстати, также является работой пули).
Так почему же работу все-таки стали определять через пройденное расстояние, а не время действия силы? Думаю, виной тому чисто прагматичное понимание полезной (!) работы. Если все усилия лошадки по итогу сводятся только к выделению тепла и пота, к порванным сухожилиям, вывернутым суставам и продавливанию земли на месте, то эти спецэффекты не должны считаться за полезную работу. Таково капиталистическое мышление, которое всегда преследует определенную выгоду. Что, впрочем, не мешает ему быть избирательным и не замечать двойные стандарты.
Почему вбитый в стену гвоздь, который долгое время держит вес тяжелой картины совершенно неподвижно (что от него и требуется), не выполняет ПОЛЕЗНУЮ РАБОТУ? Потому что “это другое”? Или может потому что гвоздю денег платить не надо? Так давайте представим мима, который изображает неподвижную статую в довольно сложной позе. Или лакея, который держит в своих руках тяжеленные чемоданы какой-то барышни. Парень вынужден держать чемоданы на весу, пока ждет трамвай, потому что вокруг грязи по щиколотку и ему не дадут хорошие чаевые, если он извозит чемоданы в грязи. Или это опять другое? Опять какая-то неправильная работа, вовсе не та, что имеется ввиду? Но ведь если организм паренька не будет выполнять работу, то его пальцы тут же разожмутся и чемоданы шлепнутся в грязь. Почему игнорируется тот факт, что парень должен противодействовать весу чемоданов СВОЕЙ СИЛОЙ, чтобы их удерживать в руках? Паренек, не много не мало, борется с силой гравитации, так почему это не считается за работу?
А теперь представьте еще больший абсурд. Паренек с чемоданами так же стоит на месте, но не просто их держит на весу, а периодически чуточку поднимает их повыше, потом опускает, снова поднимает и т.д.. То бицепцы лишнего напряжет, то икроножные мышцы, то трапецию. И вот оно чудо-чудное, теперь парень выполняет полезную работу! Серьезно? Ну и как же мы будем считать эту работу, если суммарный итоговый результат все тот же? Если кто не понял, то представьте как грузчики подняли рояль на 5-й этаж, а потом опять спустили его вниз. Ну так вот получилось, мужикам дали неправильный адрес. Вопрос: какое количество работы произвели грузчики в итоге? Вы же понимаете, что надо отличать результат выполнения работы по заказу наемщика, от ФИЗИЧЕСКИ произведенной работы по факту, с приложением сил, расходом энергии и т.д.? И что в физике должно считаться второе, а не чьи-то там хотелки. Напрасно произведена работа или нет – совсем другой вопрос.
Или вот пример с вертолетом, который зависает на некоторой высоте и никуда не перемещается. Скажете, вертолет не выполняет работу? Дайте-ка догадаюсь, его двигатель выполняет работу, вращающиеся лопасти тоже, а вот вертолет в целом – НЕТ! Правильно? Или же такая логика и понимание происходящего – бред сумасшедшего? Но как только мы за формулу работы принимаем Ft вместо Fs, то вертолет чудесным образом начинает работать, причем идеально!
Пример с зависающим вертолетом также корректно отражает и третий закон Ньютона. Это равенство сил, когда подъемная сила вертолета противодействует весу вертолета. И чтобы посчитать работу, нужно считать КАК ДОЛГО вертолет противодействует собственному весу, что и выразит ПРАВИЛЬНАЯ формула работы: A = Ft. При этом высота, на которой зависает вертолет, не определяет работу вертолета. Во всяком случае вовсе не так, как в представлениях самого Гаспара-Гюстава Кориолиса, определившего ее как “вес, поднятый на высоту”.
Можно долго приводить самые разные примеры и КАЖДЫЙ докажет справедливость Ft, если все адекватно разобрать по полочкам. Как например молекулы раскаленного газа ИМПУЛЬСАМИ оказывают давление на стенки камеры сгорания ракеты и создают тягу, как молекулы горячего пара или другого газа теми же импульсами двигают поршни в паровых машинах и ДВС и т.д. и т.п.. И уверяю вас, в микромире, на атомном и субатомном уровнях будет аналогичная импульсная история, только частицы намного мельче.