Ведёрко Ньютона

На картинке.
Слева: Выдающийся американский физик-экспериментатор Роберт Вуд и сконструированное им параболическое зеркало для телескопа из вращающейся жидкой  ртути в своей лаборатории-сарае! «Позднее, – как написано в тексте под снимком, – ртутный телескоп был помещён на дно колодца в коровнике...!»  Нобелевской премии Роберт Вуд, которого все называли «гением эксперимента», не удостоился. (Не удивительно для этой шарашкиной конторы! Эйнштейну её тоже не выдавали три или четыре года подряд, несмотря на убедительные рекомендации таких выдающихся учёных, как Лорентц, Мария Кюри, Планк, Нернст, Лауэ, Камерлинг-Оннес, Зоммерфельд и других!)
Справа: Опыт Ньютона.

Ведёрко с водой на заранее закрученной бичёвке. Раскручиваясь, бичёвка начинает всё быстрее вращать ведро с водой и вода в нём, постепенно увлекаемая силами внутреннего трения, тоже начинает вращаться, а её поверхность приобретает вогнутую параболическую форму.
Исаак Ньютон описал этот опыт, который он сам проделывал неоднократно, в своей работе «Математические начала натуральной философии».
Ньютон, правда, использовал это для доказательства существования Абсолютного пространства, мол, равномерно и прямолинейно движущиеся в нём тела нельзя отличить друг от друга, а, вот, ускоренное (вращательное) движение ОТНОСИТЕЛЬНО Абсолютного пространства отлично от других и именно указывает на этот Абсолют.

Ньютон не даёт объяснения простому явлению искривления формы поверхности. Но уже, наверно, столетия, как во всех учебниках физики, школьных и ВУЗовских этот опыт фигурирует в разделе «Гидро-и-аэродинамики», то есть посвящённом движению жидкостей и газов и его закономерностям.

Забавно, что и здесь НИКАКОГО ОБЪЯСНЕНИЯ не даётся, точнее, подсовывается некое разложение сил (векторная диаграмма сил), действующих на единичный элемент волы в ведёрке, ОПИСЫВАЮЩЕЕ НЕКОТОРОЕ его состояние и этим дело завершается.
Мол, ведь всё понятно?
Когда описанием ЧТО и КАК подменяют ПОЧЕМУ, ничего не понятно!

Не первый и не последний раз «точная наука» физика использует такой жульнический приём.
А теперь попробуем честно ответить на вопрос: Почему вода приобретает такую странную форму?
В связи с вопросом вспомнился мне давний эпизодик. Заговорил я как-то об опыте  с физиком-теоретиком и он со смехом рассказал мне, КАК в школе, когда он учился, объясняли это явление. Действительно, ОБЪЯСНЯЛИ! НО ЧЕМ???!!!
Мол, дети, посмотрите, ведёрко с водой быстро вращается.
А где вода вращается быстрей всего, в центре или у самых боковых стенок?
Правильно, у стенок!
А теперь вспомните закон Бернулли. Чем быстрее движутся струйки, тем меньше давление, Правильно?
Так вот, где воздух над ведёрком движется относительно воды быстрей? В центре или на периферии?
Правильно, на периферии. Значит там на воду оказывается ПОНИЖЕННОЕ давление!
А в центре – наибольшее, атмосферное! Вот эта разница давлений и искривляет форму поверхности вращающейся воды. В центре давит сильней, а по краям слабее. Поэтому вода и поднимается! Выдавливается атмосферным давлением в центре.

Моё резюме:
Бред сивой кобылы. Да, это всё же объяснение, так как здесь хоть попытка ответить на вопрос «ПОЧЕМУ?». Но объяснение совершенно неверное! Опять всё та же путанница с движущимся воздухом и движущимся относительно него другим телом.
Неверное использование верного закона Бернулли.
Никакой разницы давлений воздуха здесь нет! В центре ведёрка и на периферии  – ТО ЖЕ НОРМАЛЬНОЕ АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА НА ВОДУ!

Итак, каноническое «объяснение» сводится  к рисунку сил с их векторным разложением. Видите, детки, наверху вон какие силы, а чуть ниже – другие. И всё!
Это, опять повторяю, не объяснение, а описание, ВЫДАВАЕМОЕ за объяснение.

Начнём рассуждать.
Если вода у края ведра поднимается выше среднего уровня, значит есть какая-то сила, которая её подняла. То есть здесь действовала какая-то вертикальная сила, направленная вверх, против силы тяжести. С другой сторны при умеренной скорости вращения, вода приняла параболическую форму, но из ведёрка не выплеснулась. Значит что-то остановило её дальнейший подъём.
ЧТО подняло и ЧТО остановило?
Коль скоро ведёрко вращается, то на все слои воды действует направленная от центра центробежная сила, сила инерции воды. Значит, кроме веса воды в ней появляется сила стремящаяся как бы отодвинуть слои воды от центра к периферии.
Строго горизонтальная сила! Но там, на периферии, своя вода, уже прижатая той же силой к стенкам. А на неё давят слои, расположенные чуть «внутренней», то есть ближе  к центру. Вспомним закон Паскаля, что давление в воде передаётся во все стороны одинаково. Итак внутренние вращающиеся слои за счёт отбрасывающей их центробежной силы  воды давят ГОРИЗОНТАЛЬНО на «крайние» слои воды. Но тем куда деваться? Снизу – удерживает дно. Сбоку – стенки ведра. Единственное направление, в котором вода под давлением может двинуться – это наверх, там нет стенок, воздух, атмосферное давление! То есть горизонтально направленная центробежная сила создаёт давление на воду и, оно же порождает (закон Паскаля!)  ВЕРТИКАЛЬНО ДЕЙСТВУЮЩУЮ силу. Вот вода и начинает подниматься, выталкиваться наверх. Но по мере подъёма растёт и вес столба жидкости, и на каком-то этапе сила давления слоёв воды, выталкивающая вверх, сравнивается с весом столба, тянущим вниз. Значит самые верхние элементы воды пришли в состояние равновесия и подъём у стенок остановился.
Но ведь вся вода подвержена действию центробежной силы и чем ближе к центру, тем эта сила слабее, поэтому и высота поднятия воды меняется от самой высокой у краёв, где центробежная сила наибольшая, до самой низкой части в центре вращения, где центробежной силы нет.
Так, с помощью рассуждений о центробежной силе и законе Паскаля, мы объяснили, ПОЧЕМУ вода у стенок поднимается, а по мере приближения к центру опускается. Чем ближе к центру, тем меньше центробежная сила и тем меньше масса воды, которая может оказывать давление на внешние по отношению к ней слои.
Зависимость квадратичная и поэтому форма поверхности – параболическая.
Так выглядит объяснение, отвечающее на вопрос, ПОЧЕМУ вода  ведёт себя подобным образом!
16 II 2020