Сила гравитационного взаимодействия между двумя. Сильные гравитационные поля

 21.1. Закон всемирного тяготения Ньютона
 Гравитационные взаимодействия присущи всем материальным телам (рис. 111).

Рис. 111
 Закон, описывающий эти силы, открытый И. Ньютоном и опубликованный в 1687 году, получил название закона всемирного тяготения: две материальные точки притягиваются с силами, пропорциональными произведению масс этих точек, обратно пропорциональными квадрату расстояния между точками и направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки:

 Так как сила является векторной величиной, то и формуле, определяющей силу притяжения, следует придать векторную форму.
 Для этого введем вектор r 12 , соединяющий точки 1 и 2 (рис. 112).

рис. 112
Тогда сила притяжения, действующая на второе тело, может быть записана в виде

 В формулах (1), (2) коэффициент пропорциональности в называется гравитационной постоянной. Значение этой величины не может быть найдено из других физических законов и определено экспериментально. Численное значение гравитационной постоянной зависит от выбора системы единиц, так, в СИ оно равно:

 Впервые гравитационную постоянную экспериментально измерил английский физик Генри Кавендиш. В 1798 году он сконструировал крутильные весы и измерил с их помощью силу притяжения двух сфер, подтвердив закон всемирного тяготения; определил гравитационную постоянную, массу и среднюю плотность Земли.
 Вопрос о природе гравитационного взаимодействия является чрезвычайно сложным. Сам И. Ньютон на этот вопрос давал лаконичный ответ: «Гипотез не измышляю», тем самым отказываясь даже рассуждать на эту тему. Достаточно того, что закон всемирного тяготения с высокой степенью точности количественно описывает гравитационное взаимодействие. Громадные успехи ньютоновской механики почти на два столетия предопределили подобный подход ко всей физической науке, не только механике: достаточно открыть, найти законы, правильно описывающие физические явления, и научиться применять их к количественному описанию этих явлений.
 Так, в изучении гравитации считалось, что непонятным образом одно тело может оказывать влияние на другое, причем это влияние передается мгновенно, то есть изменение положения одного из тел мгновенно изменяет силы, действующие на другие тела, независимо от того, на каком расстоянии эти тела расположены. Этот общий подход к характеру физических взаимодействий получил название теории дальнодействия. Подобный взгляд на взаимодействия тел был распространен на электрические и магнитные явления, изучение которых активно проводилось в течение XVIII − XIX веков. Лишь в 30-х годах XIX века английским физиком М. Фарадеем для электромагнитных взаимодействий были сформулированы основные положения альтернативной теории близкодействия: для передачи взаимодействия обязательно необходим «посредник», некая среда, передающая эти взаимодействия; сами взаимодействия не могут передаваться мгновенно, требуется определенное время для того, чтобы изменение в положении одного из тел «почувствовали» другие взаимодействующие тела. В начале XX столетия немецкий физик А. Эйнштейн построил новую теорию гравитации − общую теорию относительности. В рамках этой теории гравитационные взаимодействия объясняются следующим образом: каждое тело, обладающее массой, изменяет свойства пространства времени вокруг себя (создает гравитационное поле), другие же тела движутся в этом измененном пространстве времени (в гравитационном поле), что приводит к появлению наблюдаемых сил, ускорению и т. д. С этой точки зрения выражение «находится в гравитационном поле» эквивалентно выражению «действуют гравитационные силы».
 К этим вопросам мы обратимся позднее при изучении электромагнитного поля.
 Самое поразительное в явлении тяготения заключается в том, что гравитационные силы пропорциональны массам тел. Действительно, ранее мы говорили о массе как о мере инертности тела. Оказалось, что масса также определяет принципиально иное свойство материальных тел − является мерой способности участвовать в гравитационных взаимодействиях. Поэтому можно говорить о двух массах − инерционной и гравитационной. Закон всемирного тяготения утверждает, что эти массы пропорциональны друг другу. Подтверждением этого утверждения является давно известный факт: все тела падают на землю с одинаковым ускорением. Экспериментально с высокой точностью пропорциональность гравитационной и инерционной масс была подтверждена в работах венгерского физика Лоранда Этвеша. Впоследствии пропорциональность инерционной и гравитационной масс легла в основу новой теории гравитации − общей теории относительности А. Эйнштейна.
 В заключение отметим, что закон всемирного тяготения может быть положен в основу определения единицы массы (конечно, гравитационной). Например: два точечных тела единичной гравитационной массы, находящиеся на расстоянии в один метр, притягиваются с силой в один Н .

 Задание для самостоятельной работы : определите массы двух точечных тел, находящихся на расстоянии 1,0 м друг от друга и взаимодействующих с силой 1,0 Н .

Для гравитационных сил справедлив принцип суперпозиции: сила, действующая на точечное тело со стороны нескольких других тел, равна сумме сил, действующих со стороны каждого тела. Это утверждение также является обобщением экспериментальных данных и фундаментальным свойством гравитационных взаимодействий.
 Посмотрим на принцип суперпозиции с математической точки зрения: по закону всемирного тяготения сила гравитационного взаимодействия пропорциональна массе этих тела. Если бы зависимость от масс была нелинейна, то и принцип суперпозиции не выполнялся бы. Действительно, пусть тело массой m o взаимодействует с двумя точечными телами массами m 1 и m 2 . Поместим мысленно тела m 1 и m 2 в одну точку (тогда их можно рассматривать как одно тело). В этом случае сила, действующее на тело m o , равна:

представлена в виде суммы сил, действующих со стороны двух тел − m 1 и m 2 .
 В случае нелинейной зависимости между силой и массой принцип суперпозиции был бы несправедлив.
Закон всемирного тяготения для точечных тел и принцип суперпозиции позволяют, в принципе, вычислять силы взаимодействия между телами конечных размеров (рис. 113).

рис. 113
 Для этого необходимо мысленно разбить каждое из тел на малые участки, каждый из которых можно рассматривать как материальную точку. Затем вычислить двойную сумму сил взаимодействия между всеми парами точек. В общем случае вычисление такой суммы является сложной математической задачей.
 Подчеркнем, что сила взаимодействия между телами конечных размеров вычисляется только методом разбиения тел и последующего суммирования. Ошибочно утверждение о том, что сила взаимодействия между телами может быть вычислена как сила взаимодействия, равная силе взаимодействия точечных тел, расположенных в центрах масс. Для обоснования этого утверждения рассмотрим простой пример.
 Пусть одно из взаимодействующих тел можно считать материальной точкой массы m o , а второе тело представимо в виде двух материальных точек равных масс m , расположенных на фиксированном расстоянии а друг от друга (рис. 114).

рис. 114
 Все материальные точки расположены на одной прямой, расстояние от первого тела до центра второго обозначим r . Сила притяжения, действующая на тело m o , равна:

 Если же соединить материальные точки, составляющие второе тело, в одну массой 2m , расположенную в центре тела, то сила взаимодействия будет равна:

что отличается от выражения (3). Только при r >> а выражение (3) переходит в формулу (2). Заметьте, что в этом случае второе тело следует рассматривать как материальную точку.

Сокол-Кутыловский О.Л.

О силах гравитационного взаимодействия

Если спросить любого студента или профессора физического или механико-математического факультетов любого университета о силах гравитационного взаимодействия, казалось бы, самого изученного из всех известных силовых взаимодействий, то все, что они смогут, – это написать формулы для силы Ньютона и для центробежной силы, что-то припомнят о непонятной силе Кориолиса и о существовании неких таинственных гироскопических сил. И все это притом, что все гравитационные силы можно получить из общих принципов классической физики.

1. Что известно о гравитационных силах

1.1. Известно, что сила, возникающая между телами в гравитационном взаимодействии, прямо пропорционально массе этих тел и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними (закон всемирного тяготения или закон Ньютона):

, (1)

где G» 6.6720Ч 10 -11 НЧ м 2Ч кг -2 - гравитационная постоянная, m , M - массы взаимодействующих тел и r - кратчайшее расстояние между центрами масс взаимодействующих тел. Полагая, что тело массой М на расстоянии r создает гравитационное поле ускорений, направленное к его центру масс,

силу (1), действующую на тело массой m , представляют также в виде:

где w – угловая скорость вращения тела вокруг оси, не проходящей через центр масс тела, v – скорость прямолинейного движения тела и r – радиальный вектор, соединяющий ось вращения с частицей или с центром масс вращающегося тела. Первое слагаемое соответствует гравитационной силе тяготения (1), второе слагаемое в формуле (3) называют силой Кориолиса, а третье слагаемое – центробежной силой. Сила Кориолиса и центробежная сила считаются фиктивными, зависящими от системы отсчета , что абсолютно не соответствует опыту и элементарному здравому смыслу. Как можно считать силу фиктивной, если она может совершать реальную работу? Очевидно, что фиктивными являются не эти физические силы, а имеющиеся в настоящее время знания и представления об этих силах.

Происхождение численного коэффициента «2» в силе Кориолиса сомнительно, так как этот коэффициент получен для случая, когда мгновенная скорость точек тела во вращающейся системе отсчета совпадает со скоростью движущегося тела или направлена против нее, то есть при радиальном направлении силы Кориолиса . Второй случай, когда скорость тела ортогональна мгновенной скорости точек вращающейся системы отсчета, в не рассмотрен. По методу, изложенному в , величина силы Кориолиса во втором случае оказывается равной нулю, в то время как при заданных угловой и линейной скоростях она должна быть одинакова.

1.3. Угловая скорость является аксиальным вектором, то есть характеризуется некоторой величиной и направлена вдоль единственной выделенной оси. Знак направления угловой скорости определяется по правилу правого винта. Угловую скорость вращения определяют, как изменение угла поворота в единицу времени, ω(t )=¶ φ/¶ t . В этом определении φ(t ) – периодическая функция времени с периодом 2π радиан. В то же время угловая скорость является обратной функцией времени. Это следует, в частности, из ее размерности. По этим причинам производная угловой скорости по времени: ¶ ω/¶ t=- ω 2 . Производная угловой скорости по времени соответствует аксиальному вектору углового ускорения. Согласно условному определению, данному в физическом энциклопедическом словаре, аксиальный вектор углового ускорения направлен вдоль оси вращения, причем в ту же сторону, что и угловая скорость, если вращение ускоренное, и против угловой скорости, если вращение замедленное.

2. Гравитационные силы, действующие на центр масс тела

Гравитационные и механические силы различаются между собой по характеру взаимодействия: при «контактном» взаимодействии тел возникают механические силы, а при дистанционном гравитационном взаимодействии тел - гравитационные силы.

2.1. Определим все гравитационные силы, действующие на центр масс материального тела. Вращение тела вокруг собственной оси, проходящей через его центр масс, рассматривать пока не будем. Из общих принципов механики известно, что сила возникает при изменении мгновенного импульса тела. Поступим подобным образом как при определении сил, связанных с прямолинейным движением тела, так и при определении сил, связанных с его вращением относительно внешней оси:

или в развернутом виде:

где r =r ·[cos(ωt)· x + sin(ωt)·y ], x и y – единичные векторы в направлении соответствующих осей координат, r – модуль радиального вектора r , r 1 =r /r – единичный вектор в направлении радиального вектора r , t – время, а ось координат z совпадает с осью вращения. Величина производной единичного вектора r 1 по времени, ¶ r 1 /¶ t=ω·r 1^ , где r 1^ – единичный вектор, лежащий в плоскости вращения и ортогональный радиальному вектору r (Рис. 1).

Принимая во внимание возможные изменения радиального вектора, в соответствии с уравнением (7), формула (6) приобретает вид :

. (8)

Рис. 1. Взаимное расположение радиального вектора r , угловой скоростиω и мгновенной скоростиv m тела массой m , в системе координат (x , y , z ) с осью вращения, направленной по оси z . Единичный вектор r 1 =r /r ортогонален единичному вектору r 1^ .

2.2. Все силы, входящие в уравнение (8), равноправны и складываются по правилу сложения векторов. Сумму сил (8) можно представить в виде четырех слагаемых:

F G =F a + F ω1 + F ω2 +F ω3 .

Сила F а возникает при прямолинейном ускоренном движении тела или при гравитационном статическом взаимодействии тела с другим телом. Сила F ω1 соответствует силе Кориолиса для случая, когда материальное тело движется во вращающейся системе в радиальном направлении (по радиусу вращения). Эта сила направлена в сторону мгновенной скорости тела или против нее. Сила F ω2 – это сила, действующая на любую точку вращающегося тела. Ее называют центробежной силой, но эту же силу называют силой Кориолиса, если тело во вращающейся системе перемещается по направлению мгновенной скорости, не изменяя величину радиуса вращения. Сила F ω2 всегда направлена радиально. Учитывая равенство ¶ r 1 /¶ t=ω·r 1^ , и направление результирующего вектора в векторном произведении, получаем, что при вращении каждой точки тела с угловой скоростью ω на нее действует сила F ω2 =m ·ω 2 ·r , что совпадает с центробежной силой в формуле (3).

Сила F ω3 – это сила инерции вращательного движения . Сила инерции вращательного движения возникает при изменении угловой скорости вращающейся системы и связанных с нею тел и направлена по вектору мгновенной скорости тела при dw /dt <0 и против вектора мгновенной скорости тела при dw /dt >0. Она возникает только при переходных процессах, а при равномерном вращении тела эта сила отсутствует. Направление гравитационной силы инерции вращательного движения

(9)

показано на Рис. 2. Здесь r – радиальный вектор, соединяющий по кратчайшему пути ось вращения с центром масс вращающегося тела, ω – аксиальный вектор угловой скорости.


Рис. 2. Направление гравитационной силы инерции вращательного движения, F ω3 , при перемещении тела из точки 1 к точке 2 при dw / dt <0; r – радиальный вектор, соединяющий ось вращения с центром масс движущегося тела; F T – сила притяжения или сила натяжения каната. Центробежная сила не показана.

Векторная сумма сил F ω1 и F ω2 создает результирующую силу (силу Кориолиса F K ) при движении тела в произвольном направлении во вращающейся системе:

3. Гравитационные и механические силы, возникающие при повороте оси вращения тела

Чтобы определить все гравитационные силы, действующие не только на центр масс, но и на любую другую точку материального тела, в том числе возникающие при повороте оси вращения этого тела вокруг другой оси, необходимо вернуться к формуле (5).

Общая формула для всех гравитационных и механических сил, полученная ранее, остается в силе, но до сих пор все полученные силы считались приложенными к центру масс тела. Влияние поворота собственной оси вращения на отдельные точки тела, не совпадающие с центром масс, не принималось во внимание. Тем не менее, полученная ранее из общих принципов механики формула (5) содержит в себе все силы, действующие на любую точку вращающегося тела, в том числе силы, возникающие при пространственном повороте собственной оси вращения этого тела. Поэтому из формулы (5) можно вывести в явном виде уравнение для силы, действующей на произвольную точку вращающегося материального тела при повороте его собственной оси вращения на некоторый угол в пространстве. Для этого представим уравнение (5) в следующем виде:

(12)
,

где Ѕ rґ w Ѕ – модуль вектора rґ w , а (rґ w ) 1 – единичный вектор, направленный по вектору rґ w . Как было показано, производная по времени от вектора rґ w при изменении величины этого вектора дает гравитационные и механические силы вращения, из которых получаются центробежная сила, сила Кориолиса и сила инерции вращательного движения:

где пятое слагаемое – это и есть сила, а точнее, – это множество сил, возникающих при пространственном повороте оси вращения тела во всех точках этого тела, причем сила, возникающая в каждой точке, зависит от расположения этой точки. В краткой записи полную сумму всех гравитационных сил удобно представить в виде:

, (15)

где F a – сила Ньютона с гравитационным вектором ускорения a , Fw 1 – Fw 3 – силы вращательного движения с гравитационным вектором угловой скорости w и е Fw W i – множество сил, возникающих при повороте оси вращения тела во всех n точках, на которые равномерно разбито тело.

Представим пятое слагаемое в развернутом виде. По определению радиальный вектор r ортогонален вектору угловой скорости w , поэтому модуль вектора rґ w равен произведению модулей составляющих его векторов:

Производная по времени от единичного вектора (rґ w ) 1 при изменении его по направлению на угол j дает другой единичный вектор, r 1 , расположенный параллельно плоскости поворота S (x, z ) и ортогональный вектору rґ w (Рис. 3). Причем у него в качестве сомножителя появляется коэффициент, численно равный производной по времени от угла поворота, W =¶ j /¶ t :

. (16)

Поскольку при повороте оси вращения движение точек материального тела является трехмерным, а поворот оси происходит в некоторой плоскости S (x, z ), то модуль единичного вектора относительно плоскости поворота не постоянен, и при вращении изменяется в пределах от нуля до единицы. Поэтому при дифференцировании такого единичного вектора должна учитываться его величина относительно плоскости, в которой происходит поворот этого единичного вектора. Длиной единичного вектора (rґ w ) 1 относительно плоскости поворота S (x, z ) является проекция этого единичного вектора на плоскость поворота. Производная единичного вектора (rґ w ) 1 в плоскости поворота S (x, z ) может быть представлена следующим образом:

, (17)

где a – угол между векторомrґ w и плоскостью поворота S (x, z ).

Сила, действующая на любую точку вращающегося тела при повороте его оси вращения, приложена не к центру масс этого тела, а непосредственно к каждой данной точке. Поэтому тело необходимо разбить на множество точек, и считать, что каждая такая точка имеет массу m i . Под массой данной точки тела, m i , подразумевается масса, сосредоточенная в малом по отношению ко всему телу объеме V i так, что:

При равномерной плотности тела r масса , а точкой приложения силы является центр масс данного объема V i , занимаемого частью материального тела массой m i . Сила, действующая на i -тую точку вращающегося тела при повороте его оси вращения, приобретает следующий вид:

, (18)

где m i – масса данной точки тела, r i – кратчайшее расстояние от данной точки (в которой определяется сила) до оси вращения тела, w – угловая скорость вращения тела, W – модуль угловой скорости поворота оси вращения, a – угол между векторомrґ w и плоскостью поворота S (x, z ), а r 1 – единичный вектор, направленный параллельно плоскости поворота и ортогональный вектору мгновенной скорости rґ w .


Рис. 3. Направление силы Fw W , возникающей при повороте оси вращения тела в плоскости S (x, z) с угловой скоростью поворота W . В точке а с радиус-вектором, исходящим из точки с оси вращения, сила Fw W =0; в точке b с радиус-вектором, исходящим из центра тела, сила Fw W имеет максимальную величину.

Сумма всех сил (18), действующих на все n точек, на которые равномерно разбито тело,

(19)

создает момент сил, поворачивающих тело в плоскости Y (y, z ), ортогональной плоскости поворота S (x, z ) (Рис. 4).

Из опытов с вращающимися телами само наличие сил (19) известно, но они не была четко определены. В частности, в теории гироскопа силы, действующие на опоры подшипников гироскопа, названы «гироскопическими» силами, но происхождение этих физических сил не раскрывается. В гироскопе при повороте его оси вращения на каждую его точку тела действует сила (18), полученная здесь из общих принципов классической физики и выраженная количественно в виде конкретного уравнения.

Из свойства симметрии следует, что каждой точке тела соответствует другая точка, расположенная симметрично относительно оси вращения, в которой действует такая же по величине, но имеющая противоположное направление, сила (18). Совместное действие таких симметричных пар сил при повороте оси вращающегося тела создает момент сил, поворачивающий это тело в третьей плоскости Y (y, z ), которая ортогональна плоскости поворота S (x, z ) и плоскостям L (x, y) , в которых происходит вращение точек тела:

. (20)

Рис. 4. Возникновение момента сил под действием пар сил в точках тела, расположенных симметрично относительно центра масс. 1 и 2 – две симметричные точки вращающегося с угловой скоростью w тела, в которых, при повороте оси вращения тела с угловой скоростью W , возникают равные по величине силы Fw W 1 и Fw W 2 , соответственно.

При этом для единичных векторов угловых скоростей, характеризующих их направление, в любой из точек тела, не совпадающих с центром симметрии (центром масс), выполняется векторное тождество:

, (21)

где Q 1 – единичный аксиальный вектор угловой скорости, возникающей в момент действия силы (18), w 1 – единичный аксиальный вектор угловой скорости вращения тела и W 1 – единичный аксиальный вектор угловой скорости поворота оси вращения (Рис. 2). Так как ось поворота, совпадающая с вектором угловой скорости поворота W , всегда ортогональна оси вращения, совпадающей с вектором угловой скорости вращения тела, w , то вектор угловой скорости Q всегда ортогонален векторам w и W : .

При помощи поворота системы координат в пространстве задачу нахождения силы (18) всегда можно свести к случаю, аналогичному рассмотренному на Рис. 3. Могут измениться только направление аксиального вектора угловой скорости w и направление аксиального вектора скорости поворота оси вращения, W ,и, как следствие их изменения, может измениться на противоположное направление силы Fw W .

Взаимосвязь абсолютных величин угловых скоростей при свободном вращении тела по трем взаимно ортогональным осям можно найти, применив закон сохранения энергии вращательного движения. В простейшем случае для однородного тела массой m в форме шара с радиусом r имеем:

,

откуда получаем:

.

4. Полная сумма первичных гравитационных и механических сил, действующих на тело

4.1. Принимая во внимание силы (19), возникающие при повороте оси вращения тела, полное уравнение для суммы всех гравитационных сил, действующих на любую точку материального тела, участвующего в прямолинейном и вращательном движении, в том числе с пространственным поворотом собственной оси вращения, имеет следующий вид :


 (22)

где a – вектор прямолинейного ускорения тела массой m , r – радиальный вектор, соединяющий ось вращения тела с точкой приложения силы, r – модуль радиального вектораr ,r 1 – единичный вектор, совпадающий по направлению с радиус-вектором r , w – угловая скорость вращения тела, Ѕ rґ w Ѕ – модуль вектора мгновенной скорости rґ w , (rґ w ) 1 – единичный вектор, совпадающий по направлению с вектором rґ w , r 1^ – единичный вектор, расположенный в плоскости вращения и ортогональный вектору r 1 , W – модуль угловой скорости поворота оси вращения, r 1 – единичный вектор, направленный параллельно плоскости поворота и ортогональный вектору мгновенной скорости rґ w , a – угол между вектором rґ w и плоскостью поворота, m i – масса i -той точки тела, сосредоточенная в малом объеме тела V i , центр которого является точкой приложения силы, и n – число точек, на которые разбито тело. В формуле (22) для второй, третьей и четвертой сил знак может быть взят положительным, так как эти силы в общей формуле находятся под знаком абсолютной величины. Знаки сил определяются с учетом направления каждой конкретной силы. С помощью сил, входящих в формулу (22), можно описать механическое движение любой точки материального тела при его движении по произвольной траектории, включая пространственный поворот его оси вращения.

4.2. Итак, в гравитационном взаимодействии имеется всего пять различных физических сил, действующих на центр масс и на каждую из точек материального тела при поступательном и вращательном движении этого тела, и только одна из этих сил (сила Ньютона) может действовать на неподвижное тело со стороны другого тела. Знание всех сил гравитационного взаимодействия позволяет понять причину устойчивости динамических механических систем (например, планетарных), а с учетом электромагнитных сил – объяснить устойчивость атома.

Литература:

1. Ландау Л. Д., Ахиезер А. И., Лифшиц Е. М. Курс общей физики. Механика и молекулярная физика. — М.: Наука, 1969.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1. Механика. Молекулярная физика. 3-е изд., испр. — М.: Наука, 1987.

3. Сокол-Кутыловский О.Л. Гравитационные и электромагнитные силы. Екатеринбург, 2005 г.

Сокол-Кутыловский О.Л., О силах гравитационного взаимодействия // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.13569, 18.07.2006


Введение

1. Небольшой экскурс в развитии теории гравитации

2. О природе гравитационных сил

3. Особенности гравитационного взаимодействия

Заключение

Список литературы

Приложение


Введение

Одна из аксиом современной науки гласит: любые материальные объекты во Вселенной связаны между собой силами всемирного тяготения. Благодаря этим силам формируются и существуют небесные тела – планеты, звезды, галактики и Метагалактика в целом. Форма и структура этих тел и материальных систем, а также относительное движение и взаимодействие определяются динамическим равновесием между силами их тяготения и силами инерции масс.

В течение всей своей жизни человек ощущает силу тяжести своего тела и предметов, которые ему приходится поднимать. Однако еще на полтора века раньше до Ньютона и Гука знаменитый польский ученый Николай Коперник писал о тяготении: «Тяжесть есть не что иное, как естественное стремление, которым отец Вселенной одарил все частицы, а именно соединяться в одно общее целое, образуя тела шаровидной формы». Аналогичные мысли высказывали и другие ученые. Найденные Ньютоном и Гуком формулы закона тяготения позволили с большой точностью рассчитать орбиты планет и создать первую математическую модель Вселенной. Вопрос о том, существует ли окружающий нас мир сам по себе или он является продуктом деятельности разума (принадлежащего некому высшему существу или каждому конкретному индивиду) составляет суть основного вопроса философии, классически формулируемом в виде дилеммы о первичности материи или сознания. Окружающие нас объекты природы имеют внутреннюю структуру, т.е. в свою очередь сами состоят из других объектов, (яблоко состоит из клеток растительной ткани, которая сложена из молекул, являющихся объединениями атомов и т.д.). При этом естественным образом возникают различные по сложности уровни организации материи: космический, планетарный, геологический, биологический, химический, физический.

Влияет или нет распределение всей материи во Вселенной на протекание физических процессов? Существует или нет какая-либо связь между гравитационным взаимодействием и принципом неопределённости? Конечно, в современной физике существуют и другие вопросы, на которые пока нет ответа.

Гравитация есть взаимодействие посредством обмена импульсами между разнонаправлено движущимися материальными системами.

Особенности гравитационного взаимодействия можно понять, изучая динамику наиболее удобной гравитирующей системы, – планеты Земля, основываясь на единстве законов, действующих в любой области физической реальности. Но необходимо изучать динамику Земли как двухполюсной активной (живой) системы, а не монолитной, пусть и слоисто-симметричной, абстрактной математической модели. Такая полярность сил тяготения обусловлена следующими факторами.

1. Универсальностью сил тяготения в природе. В физической реальности не существует иных взаимодействий, кроме гравитационных.

2. Еще в 1936–1937 годах возможность такого распределения плотности была получена Булленом, но расценена как неприемлемая.

3. Однозначным несоответствием прогнозируемых максимальных давлений в центре Земли существующему минимуму силы тяжести – единственной причине (согласно классической физике) возникновения высоких давлений.

4. Показателями разуплотнения внутренних оболочек могут служить избыток реального экваториального вздутия планеты (70 м) и несоответствие нормальных градиентов силы тяжести, соотносимых с разностью экваториального и полярного радиусов.

5. До настоящего времени не зафиксированы поперечные сейсмические волны, прошедшие сквозь внутреннее ядро.

6. Достаточно известные геофизикам оценки физического состояния вещества ядра по расчетам момента инерции пустотелой и сплошной моделей планеты, и сравнение его с данными анализа динамики системы «Земля – Луна» выполнены некорректно.

Хорошо известно, что основная масса Солнечной системы (около 99.8%) приходится на ее единственную звезду – Солнце. Суммарная масса планет составляет только 0.13% от общей. На остальные тела системы (кометы, спутники планет, астероиды и метеоритное вещество) приходится только 0.0003% массы. Из приведенных цифр следует, что законы Кеплера для движения планет в нашей системе должны выполняться очень хорошо.Весьма привлекательная теория совместного происхождения солнца и планет из единого газового облака, сжавшегося под действием гравитационных сил, оказывается в противоречии с наблюдаемым неравномерным распределением вращательного момента (момента импульса) между звездой и планетами.Обсуждаются модели происхождения планет в результате гравитационного захвата Солнцем тел, прилетающих из далекого космоса, эффекты, вызванные взрывом сверхновых. В большинстве «сценариев» развития солнечной системы существование пояса астероидов, так или иначе, связывается с его близким соседством с самой массивной планетой системы.
1. Небольшой экскурс в развитии теории гравитации Первоначально считалось, что Земля неподвижна, а движение небесных тел казалось весьма сложным. Галилей одним из первых высказал предположение о том, что наша планета не является исключением и тоже движется вокруг Солнца. Эта концепция была встречена достаточно враждебно. Тихо Браге решил не принимать участия в дискуссиях, а заняться непосредственными измерениями координат тел на небесной сфере. Позднее данные Тихо попали к Кеплеру, который нашел простое объяснение наблюдаемым сложным траекториям, сформулировав три законов движения планет (и Земли) вокруг Солнца:1. Планеты двигаются по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце.2. Скорость движения планеты изменяется таким образом, что площади, заметаемые ее радиус-вектором за равные промежутки времени, оказываются равными.3. Периоды обращения планет одной Солнечной системы и большие полуоси их орбит связаны соотношением:Сложное движение планет на «небесной сфере», наблюдаемой с Земли, согласно Кеплеру, возникало вследствие сложения этих планет по эллиптическим орбитам с движением наблюдателя, совершающего вместе с Землей орбитальное движение вокруг солнца и суточное вращение вокруг оси планеты.Прямым доказательством суточного вращения Земли был эксперимент, поставленный Фуко, в котором плоскость колебаний маятника поворачивалась относительно поверхности вращающейся Земли.Законы Кеплера прекрасно описывали наблюдаемое движение планет, но не вскрывали причин, приводящих к такому движению (напр. вполне можно было считать, что причиной движения тел по Кеплеровым орбитам являлась воля какого-либо существа или стремление самих небесных тел к гармонии). Теория гравитации Ньютона указала причину, обусловившую движение космических тел по законам Кеплера, правильно предсказала и объяснила особенности их движения в более сложных случаях, позволила в одних терминах описать многие явления космического и земного масштабов (движение звезд в галактическом скоплении и падение яблока на поверхность Земли).Ньютон нашел правильное выражение для гравитационной силы, возникающей при взаимодействии двух точечных тел (тел, размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними), которое совместно со вторым законом в случае, если масса планеты много меньше массы звезды, приводило к дифференциальному уравнению, допускающему аналитическое решение. Не привлекая каких-либо дополнительных физических идей, чисто математическими методами можно показать, что при соответствующих начальных условиях достаточно малые начальные расстояние до звезды и скорость планеты) космическое тело будет совершать вращение по замкнутой, устойчивой эллиптической орбите в полном согласии с законами Кеплера (в частности второй закон Кеплера является прямым следствием закона сохранения момента импульса, выполняющегося при гравитационных взаимодействиях, поскольку момент силы относительно массивного центра всегда равен нулю). При достаточно высокой начальной скорости (ее значение зависит от массы звезды и начального положения) космическое тело движется по гиперболической траектории, в конце концов, уходя от звезды на бесконечно большое расстояние.Важным свойством закона гравитации является сохранение его математической формы в случае гравитационного взаимодействия неточечных тел в случае сферически-симметричного распределения их масс по объему. При этом роль играет расстояние между центрами этих тел.2. О природе гравитационных сил Сформулированный Ньютоном закон всемирного тяготения относится к фундаментальным законам классического естествознания. Методологической слабостью концепции Ньютона был его отказ обсуждать механизмы, приводящие к возникновению гравитационных сил («Я гипотез не измышляю»). После Ньютона неоднократно предпринимались попытки создания теории гравитации.Подавляющее большинство подходов связано с так называемыми гидродинамическими моделями гравитации, пытающимися объяснить возникновение сил тяготения механическими взаимодействиями массивных тел с промежуточной субстанцией, которой приписывается то или иное название: «эфир», «поток гравитонов», «вакуум» и т.д. Притяжение между телами возникает вследствие разряжения Среды, возникающей либо при ее поглощении массивными телами, либо при экранировке ими ее потоков. Все эти теории имеют общий существенный недостаток: правильно предсказывая зависимость силы от расстояния, они неизбежно приводят к еще одному ненаблюдаемому эффекту: торможению тел, движущихся относительно введенной субстанции.Существенно новый шаг в развитии концепции гравитационного взаимодействия был сделан А. Эйнштейном, создавшим общую теорию относительности.

Ньютон: «Тяготение к Солнцу составляется из тяготения к отдельным частицам его и при удалении от Солнца убывает в точности пропорционально квадратам расстояний даже до орбиты Сатурна, что следует из покоя афелиев планет и даже до крайних афелиев комет, если только эти афелии находятся в покое» . Эта особенность гравитационного взаимодействия, приложенная к условиям внутри тела и приводит к убывающей зависимости гравитационной силы с уменьшением расстояния от центра тела.

Гравита́ция (всеми́рное тяготе́ние, тяготе́ние) (от лат. gravitas - «тяжесть») - дальнодействующее фундаментальное взаимодействие в природе, которому подвержены все материальные тела. По современным данным, является универсальным взаимодействием в том смысле, что, в отличие от любых других сил, всем без исключения телам независимо от их массы придаёт одинаковое ускорение . Главным образом гравитация играет определяющую роль в космических масштабах. Термин гравитация используется также как название раздела физики , изучающего гравитационное взаимодействие. Наиболее успешной современной физической теорией в классической физике , описывающей гравитацию, является общая теория относительности , квантовая теория гравитационного взаимодействия пока не построена.

Гравитационное взаимодействие

Гравитационное взаимодействие - одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в нашем мире. В рамках классической механики , гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m 1 и m 2 , разделёнными расстоянием R , пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния - то есть

.

Здесь G - гравитационная постоянная , равная примерно м³/(кг с²). Знак минус означает, что сила, действующая на тело, всегда равна по направлению радиус-вектору, направленному на тело, то есть гравитационное взаимодействие приводит всегда к притяжению любых тел.

Закон всемирного тяготения - одно из приложений закона обратных квадратов, встречающегося так же и при изучении излучений (см. например, Давление света), и являющимся прямым следствием квадратичного увеличения площади сферы при увеличении радиуса, что приводит к квадратичному же уменьшению вклада любой единичной площади в площадь всей сферы.

Наиболее простой задачей небесной механики является гравитационное взаимодействие двух тел в пустом пространстве. Эта задача решается аналитически до конца; результат её решения часто формулируют в виде трёх законов Кеплера .

При увеличении количества взаимодействующих тел задача резко усложняется. Так, уже знаменитая задача трёх тел (то есть движение трёх тел с ненулевыми массами) не может быть решена аналитически в общем виде. При численном же решении, достаточно быстро наступает неустойчивость решений относительно начальных условий. В применении к Солнечной системе , эта неустойчивость не позволяет предсказать движение планет на масштабах, превышающих сотню миллионов лет.

В некоторых частных случаях удаётся найти приближённое решение. Наиболее важным является случай, когда масса одного тела существенно больше массы других тел (примеры: солнечная система и динамика колец Сатурна). В этом случае в первом приближении можно считать, что лёгкие тела не взаимодействуют друг с другом и движутся по кеплеровым траекториям вокруг массивного тела. Взаимодействия же между ними можно учитывать в рамках теории возмущений , и усреднять по времени. При этом могут возникать нетривиальные явления, такие как резонансы , аттракторы , хаотичность и т. д. Наглядный пример таких явлений - нетривиальная структура колец Сатурна.

Несмотря на попытки описать поведение системы из большого числа притягивающихся тел примерно одинаковой массы, сделать этого не удаётся из-за явления динамического хаоса .

Сильные гравитационные поля

В сильных гравитационных полях, при движении с релятивистскими скоростями, начинают проявляться эффекты общей теории относительности :

  • отклонение закона тяготения от ньютоновского;
  • запаздывание потенциалов, связанное с конечной скоростью распространения гравитационных возмущений ; появление гравитационных волн;
  • эффекты нелинейности: гравитационные волны имеют свойство взаимодействовать друг с другом, поэтому принцип суперпозиции волн в сильных полях уже не выполняется;
  • изменение геометрии пространства-времени;
  • возникновение черных дыр ;

Гравитационное излучение

Одним из важных предсказаний ОТО является гравитационное излучение , наличие которого до сих пор не подтверждено прямыми наблюдениями. Однако, имеются косвенные наблюдательные свидетельства в пользу его существования, а именно: потери энергии в двойной системе с пульсаром PSR B1913+16 - пульсаром Халса-Тейлора - хорошо согласуются с моделью, в которой эта энергия уносится гравитационным излучением.

Гравитационное излучение могут генерировать только системы с переменным квадрупольным или более высокими мультипольными моментами , этот факт говорит о том, что гравитационное излучение большинства природных источников направленное, что существенно усложняет его обнаружение. Мощность гравитационного l -польного источника пропорциональна (v / c ) 2l + 2 , если мультиполь имеет электрический тип, и (v / c ) 2l + 4 - если мультиполь магнитного типа , где v - характерная скорость движения источников в излучающей системе, а c - скорость света. Таким образом, доминирующим моментом будет квадрупольный момент электрического типа, а мощность соответствующего излучения равна:

где Q i j - тензор квадрупольного момента распределения масс излучающей системы. Константа (1/Вт) позволяет оценить порядок величины мощности излучения.

Начиная с 1969 года (эксперименты Вебера (англ.)) и до настоящего времени (февраль 2007) предпринимаются попытки прямого обнаружения гравитационного излучения. В США, Европе и Японии в настоящий момент существует несколько действующих наземных детекторов (GEO 600), а также проект космического гравитационного детектора республики Татарстан .

Тонкие эффекты гравитации

Помимо классических эффектов гравитационного притяжения и замедления времени, общая теория относительности предсказывает существование других проявлений гравитации, которые в земных условиях весьма слабы и их обнаружение и экспериментальная проверка поэтому весьма затруднительны. До последнего времени преодоление этих трудностей представлялось за пределами возможностей экспериментаторов.

Среди них, в частности, можно назвать увлечение инерциальных систем отсчета (или эффект Лензе-Тирринга) и гравитомагнитное поле . В 2005 году автоматический аппарат НАСА Gravity Probe B провёл беспрецедентный по точности эксперимент по измерению этих эффектов вблизи Земли, но его полные результаты пока не опубликованы.

Квантовая теория гравитации

Несмотря на более чем полувековую историю попыток, гравитация - единственное из фундаментальных взаимодействий, для которого пока ещё не построена непротиворечивая перенормируемая квантовая теория . Впрочем, при низких энергиях, в духе квантовой теории поля , гравитационное взаимодействие можно представить как обмен гравитонами - калибровочными бозонами со спином 2.

Стандартные теории гравитации

В связи с тем, что квантовые эффекты гравитации чрезвычайно малы даже в самых экстремальных экспериментальных и наблюдательных условиях, до сих пор не существует их надёжных наблюдений. Теоретические оценки показывают, что в подавляющем большинстве случаев можно ограничиться классическим описанием гравитационного взаимодействия.

Существует современная каноническая классическая теория гравитации - общая теория относительности , и множество уточняющих её гипотез и теорий различной степени разработанности, конкурирующих между собой (см. статью Альтернативные теории гравитации). Все эти теории дают очень похожие предсказания в рамках того приближения, в котором в настоящее время осуществляются экспериментальные тесты. Далее описаны несколько основных, наиболее хорошо разработанных или известных теорий гравитации.

  • Гравитация есть не геометрическое поле, а реальное физическое силовое поле, описываемое тензором.
  • Гравитационные явления следует рассматривать в рамках плоского пространства Минковского, в котором однозначно выполняются законы сохранения энергии-импульса и момента количества движения. Тогда движение тел в пространстве Минковского эквивалентно движению этих тел в эффективном римановом пространстве.
  • В тензорных уравнениях для определения метрики следует учитывать массу гравитона, а также использовать калибровочные условия, связанные с метрикой пространства Минковского. Это не позволяет уничтожить гравитационное поле даже локально выбором какой-то подходящей системы отсчёта.

Как и в ОТО, в РТГ под веществом понимаются все формы материи (включая и электромагнитное поле), за исключением самого гравитационного поля. Следствия из теории РТГ таковы: чёрных дыр как физических объектов, предсказываемых в ОТО, не существует; Вселенная плоская, однородная, изотропная, неподвижная и евклидовая.

C другой стороны, существуют не менее убедительные аргументы противников РТГ, сводящиеся к следующим положениям:

Подобное имеет место и в РТГ, где второе тензорное уравнение вводится для учёта связи между неевклидовым пространством и пространством Минковского . Благодаря наличию безразмерного подгоночного параметра в теории Йордана - Бранса - Дикке, появляется возможность выбрать его так, чтобы результаты теории совпадали с результатами гравитационных экспериментов.

Теории гравитации
Классическая теория тяготения Ньютона Общая теория относительности Квантовая гравитация Альтернативные
  • Математическая формулировка общей теории относительности
  • Гравитация с массивным гравитоном
  • Геометродинамика (англ.)
  • Полуклассическая гравитация (англ.)
  • Биметрические теории
    • Скаляр-тензор-векторная гравитация (англ.)
    • Теория гравитации Уайтхеда (англ.)
  • Модифицированная ньютоновская динамика (англ.)
  • Составная гравитация (англ.)

Источники и примечания

Литература

  • Визгин В. П. Релятивистская теория тяготения (истоки и формирование, 1900-1915). М.: Наука, 1981. - 352c.
  • Визгин В. П. Единые теории в 1-й трети ХХ в. М.: Наука, 1985. - 304c.
  • Иваненко Д. Д. , Сарданашвили Г. А. Гравитация, 3-е изд. М.:УРСС, 2008. - 200с.

См. также

  • Гравиметр

Ссылки

  • Закон всемирного тяготения или «Почему Луна не падает на Землю?» - Просто о сложном
Основные подразделы в физике
Экспериментальная физика · Теоретическая физика
Агрофизика · Акустика · Астрофизика · Атомная, молекулярная и оптическая физика · Биофизика · Геофизика · Динамика (Гидродинамика · Термодинамика) · Математическая физика · Медицинская физика · Метафизика · Механика (Классическая механика · Квантовая механика · Статистическая механика) · Наивная физика · Нейрофизика · Статика (Гидростатика) · Теория квантового поля · Относительность (специальная теория · Общая теория) · Физика атмосферы · Физика конденсированного состояния · Физика плазмы · Физика почвы ·

Считается, что любое физическое тело во Вселенной имеет свое гравитационное поле. Это гравитационное поле формируется как совокупность гравитационных полей всех частиц, атомов и молекул, из которых состоит это физическое тело. В зависимости от массы, плотности и других характеристик физического тела гравитационное поле одних физических тел отлично от других. Крупные физические тела обладают более сильным и обширным гравитационным полем и способны притягивать к себе другие, более мелкие физические тела. Значение силы их взаимного притяжения друг к другу определяется законом всемирного тяготения И. Ньютона — гравитацией. Это относится и к любому физическому телу во Вселенной.

Так в чем же заключается физический смысл гравитации физических тел? О чем не успел нам поведать великий гений — И. Ньютон?

Попробуем внести ясность в этот вопрос. В своей теории И. Ньютон рассматривал не частицы, а, прежде всего, планеты и звезды. Мы же, прежде чем перейти к рассмотрению гравитационных взаимодействий между планетами и звездами во Вселенной, уже имея представление о гравитационном взаимодействии частиц, попробуем разобраться в гравитационном взаимодействии между физическими телами на Земле и понять в чем же заключается общий физический смысл гравитации.

Предположение

Полагаю, что физический смысл гравитации в общем виде состоит в постоянном стремлении разреженной эфирной области физического тела перейти в равновесное состояние с окружающей эфирной средой, уменьшая свое напряженное состояние, за счет притяжения других разреженных эфирных областей других физических тел в область своего эфирного разрежения .

Если рассматривать гравитационное взаимодействие нашей планеты и любого другого физического тела, поднятого над землёй или попавшего к нам из космоса, то можно констатировать, что любое другое физическое тело всегда падает на поверхность Земли. Обычно, в этом случае мы говорим, что Земля, благодаря гравитации, притягивает к себе физические тела. Однако, понять и объяснить механизм этого притяжения пока никто не сумел.

Вместе с тем, физическая сущность этого загадочного явления объясняется тем, что разреженная эфирная среда у поверхности земли более разрежена, чем на расстоянии от неё. Другими словами, гравитационное поле и сила притяжения Земли у её поверхности проявляется более мощно, чем на расстоянии от планеты. Заметим, что речь идёт только об эфирной среде, а не об атмосфере Земли, в которой находятся атомы, молекулы и мельчайшие частички различных химических веществ. Именно наполнение эфирной среды этими химическими субстанциями придают разреженной эфирной среде в атмосфере Земли дополнительную плотность.

Сама же эфирная среда составляет не только атмосферу Земли. Она совершенно беспрепятственно пронизывает и всё тело планеты. Все частицы, входящие в состав всего, что имеется на Земле и из чего она состоит, включая её атмосферу, кору, мантию и ядро, вращаются в эфирном вихре, который не останавливается вот уже много миллиардов лет. При этом, вращение планеты, как впрочем и вращение всех планет и звёзд во Вселенной, обеспечивается воздействием их эфирных вихрей. Эфирная среда Земли вращается согласовано с ней и её атмосферой.

Разреженность эфирной среды зависит только от расстояния до центра Земли и не зависит от плотности земной коры или мантии. Поэтому показатели силы притяжения Земли также зависят не от плотности горных пород, воды или воздуха, а только от того на каком расстоянии от центра планеты мы производим измерение этой силы.

Доказать это достаточно просто, используя данные гравитационного ускорения физических тел (ускорения свободного падения) на различных расстояниях от поверхности планеты. Например, на поверхности земли оно будет равно 9,806 м/сек 2 , на высоте 5 км - 9,791 м/сек 2 , на высоте 10 км - 9,775 м/сек 2 , 100 км - 9,505 м/сек 2 , 1000км - 7,36 м/сек 2 ,

10 000 км - 1,5 м/сек 2 , а на высоте 400 000 км - 0,002 м/сек 2 .

Эти данные говорят о том, что с увеличением расстояния от центра Земли увеличивается и плотность эфирной среды, что ведёт к уменьшению ускорения свободного падения и силы притяжения Земли.

Ближе к центру планеты разреженность эфирной среды увеличивается. Увеличение разреженности эфирной среды предопределяет увеличение гравитационного ускорения, а, следовательно, и веса тела. Это подтверждает наше понимание физической сущности гравитации, как таковой.

При попадании какого-либо другого физического тела в гравитационное поле планеты, оно оказывается в положении, когда эфирная среда над падающим телом всегда более плотная, чем эфирная среда под этим телом. Тогда, более плотная эфирная среда будет воздействовать на тело, перемещая его из более плотной среды - в менее плотную. Тело, словно, постоянно теряет опору под собой и «проваливается» в пространстве по направлению к земле.

Известно, что значение показателя ускорения свободного падения тела на экваторе составляет 9,75 м/сек 2 , что меньше значения этого показателя на полюсах Земли, которое достигает 9,81 м/сек 2 . Учёные объясняют эту разницу суточным вращением Земли вокруг своей оси, отклонением формы Земли от сферической и неоднородным распределением плотности земных пород. На самом деле, можно принять во внимание только специфическую форму планеты. Всё остальное, если и имеет своё влияние на значение показателей ускорения свободного падения на экваторе и на полюсах, то очень и очень незначительное.

Однако, наши взгляды на гравитацию и причины её проявления получат хорошее подтверждение, если мы представим себе классическую сферу, самые удалённые точки которой от центра Земли будут находится на экваторе. В этом случае, на полюсах от поверхности этой классической умозрительной сферы до поверхности Земли образуется расстояние равное 21.3 км. Это легко объясняется несколько приплюснутой формой планеты. Поэтому расстояние от поверхности земли на полюсе до центра Земли меньше, чем то же расстояние на экваторе. Но тогда, в соответствии с нашими взглядами эфирная среда на полюсах планеты более разрежена и, следовательно, её гравитационное поле более мощное, что и приводит к более высоким показателям по ускорению свободного падения.

Это происходит потому, что разреженная область более массивного физического тела первоначально захватывает разреженную эфирную область другого физического тела, а, затем, приближает к себе и само физическое тело, которое имеет меньшую массу или меньшее количество уплотненного эфира.

Ввиду того, что снять напряжение эфирной среды привлечением новых физических тел в гравитационное поле массивного физического тела невозможно, так как в этом случае его масса будет только увеличиваться, а, следовательно, гравитационное поле только расширяться, то это стремление будет длиться постоянно, обеспечивая гравитационное постоянство физических тел. Поэтому физическое тело, привлекая к себе другие физические тела, будет лишь увеличивать свою массу, а, следовательно, и свое гравитационное поле.

В эфирном пространстве Вселенной этот процесс будет происходить до того момента, пока гравитационные силы одной планеты или звезды не уравновесятся с гравитационными силами других планет и звезд, а также с ядром своей галактики и ядром Вселенной. При этом, все планеты или звезды будут находиться в напряженном, но равновесном состоянии по отношению друг к другу.

Силы гравитации между физическими телами начинают проявляться с момента соприкосновения гравитационных полей этих тел. Исходя из этого, можно полагать, что гравитация, действительно, обладает дальнодействием . При этом, гравитационное взаимодействие начинает проявляться практически мгновенно и, конечно же, без всякого участия каких-либо гравитонов или других непонятных частиц.

Из всего этого следует, что взаимодействуют не физические тела, а взаимодействуют их гравитационные поля, которые деформируясь, притягивают физические тела друг к другу . Позвольте, но ведь это противоречит положениям законов уважаемого И. Ньютона, которые постулируют силу притяжения масс физических тел и которые добросовестно служили и служат человечеству уже не одно столетие!

Не стал бы так драматизировать ситуацию. Наши утверждения не отвергают законы глубокоуважаемого ученого. Они лишь раскрывают их физическую сущность, оставляя вопрос проявления этих законов абсолютно нетронутым.

И это, именно, так. Но по закону И. Ньютона любое физическое тело имеет свое гравитационное поле и взаимодействует с другими физическими телами в соответствии с их массами и расстояниями между их центрами. При этом, И. Ньютон, прежде всего, имел ввиду взаимодействие планет и звезд. Его научные последователи механически перенесли особенности взаимодействия планет и звезд на взаимодействие любых физических тел, исходя из универсальности закона всемирного тяготения.

Вместе с тем, мимо их внимания не прошел тот факт, что на нашей планете, Земля исправно притягивает любые физические тела, но сами физические тела не очень-то стремятся друг к другу. За исключением, конечно, магнитов. Видимо, чтобы не нарушать научной идиллии и не ставить под сомнение закон всемирного тяготения ученые постулировали, что массы окружающих нас физических тел на нашей планете во вселенском масштабе чрезвычайно малы и поэтому сила гравитации при их приближении друг к другу проявляется очень и очень слабо.

Однако, мы можем попробовать вплотную приблизить добросовестно отполированные физические тела из любого вещества друг к другу, практически исключив наличие расстояния между ними. Казалось бы, что в соответствии с законом, силы гравитации должны вырваться наружу и удивить нас своим безраздельным присутствием и удалой мощью. Но этого не происходит. Силы гравитации скромно и без особого энтузиазма тихо наблюдают за нашими усилиями из самого отдаленного уголка каждого взаимодействующего физического тела. В чем же дело? Как выходить из этого щекотливого положения. Ведь, закон есть? Есть. Действует? Действует. Значит, все нормально?!

Нет, не нормально. Если придерживаться этого утверждения, то многие предметы, расположенные рядом друг с другом, «слиплись» бы в одно мгновение, наполнив нашу жизнь такими проблемами, что человечество, недолго сопротивляясь, давно бы прекратило свое кошмарное существование.

Можно возразить и сослаться на то, что эти физические тела очень малы. Поэтому они и не притягиваются. Но это не очень убедительно. Почему? Потому что огромный, даже в масштабе Земли, тибетский горный массив давно бы уже собрал на своих суровых вершинах все пролетающие мимо самолеты и не позволил бы неутомимым путешественникам и альпинистам, ввиду мощного проявления своих гравитационных сил, поднять даже самую легкую амуницию. И вряд ли, кто-нибудь может заподозрить суровый Тибет в недостаточности размеров, плотности или массы.

Что же делать? На помощь приверженцам всемогущих формул опять пришли достаточно сомнительные коэффициенты в образе «гравитационной постоянной» — не совсем убедительной госпожи «G», равной примерно 6,67х10 -11 кг -1 м 3 сек -2 . Наличие этой постоянной в формуле И. Ньютона немедленно превращало значение любой силы практически в ничто. Почему именно эта цифра? Просто потому, что сопоставимых с ней показателей массы какого-либо физического тела на нашей планете человечество предоставить просто не может. Поэтому, судя по значению этой постоянной, сила притяжения любых физических тел на Земле будет чрезвычайно мала. И это будет прекрасно объяснять отсутствие видимого взаимодействия физических тел на Земле.

А почему 10 -11 кг -1 ? Да, потому что масса Земли, которая уж совершенно точно притягивает к себе все физические тела без исключения (скрыть это не представляется возможным) составляет примерно 6х10 24 кг. Поэтому только для нее 10 -11 кг -1 легко преодолимо. Вот такое оригинальное решение вопроса.(((

Не сумев объяснить суть проблемы ученые мужи, как часто это бывает, ввели в формулу некую постоянную величину, которая не решая проблемы, позволяла придать физическому процессу или природному явлению некую околонаучную ясность.

Кстати, И. Ньютон к этому, похоже, не имел никакого отношения. В своих работах при разработке закона всемирного тяготения он никогда не упоминал ни о какой гравитационной постоянной. Не упоминали о ней и его современники. Впервые гравитационная постоянная была введена в закон всемирного тяготения лишь в начале ХIХ века французским физиком, математиком и механиком С.Д. Пуассоном. Однако, история не зафиксировала ни одного ученого, который бы взял на себя ответственность и за методику ее вычисления, и за ее общепринятые значения.

История ссылается на английского физика Генри Кавендиша, который в 1798 году поставил уникальный эксперимент с использованием крутильных весов. Но следует заметить, что Г. Кавендиш ставил свой эксперимент лишь с целью определения средней плотности Земли и ни о какой гравитационной постоянной он никогда не говорил и не писал. Тем более, не рассчитывал никаких численных ее значений.

Численный показатель гравитационной постоянной, якобы, был вычислен гораздо позже на основе расчетов Г. Кавендиша средней плотности Земли, но кто и когда его вычислил так и осталось тайной, как и то, для чего все это было нужно.

И, видимо, чтобы совсем запутать человечество и хоть как-то выбраться из леса противоречий и нестыковок, в современном научном мире были вынуждены под видом перехода к единой метрической системе мер принять различные гравитационные постоянные для различных космических систем. Так при расчете орбит, например, спутников относительно Земли используется геоцентрическая гравитационная постоянная равная GE =3,98603х10 14 м 3 сек -2 умноженная на массу Земли, а для вычисления орбит небесных тел относительно Солнца применяют уже другую гравитационную постоянную — гелиоцентрическую, равную GSs =1,32718х10 20 м 3 сек -2 умноженную на массу Солнца. Интересно получается, закон один и универсален, а постоянные коэффициенты — разные! Разве может такая уважаемая «постоянная» быть столь удивительно не постоянной?!!

Так как же быть? Ситуация безвыходная и поэтому надо смириться? Нет. Нужно лишь вернуться к основам и определиться с понятиями. Дело в том, что все, что существует на планете Земля, из нее вышло, является ее принадлежностью и в нее и войдет . Все -горы, моря и океаны, деревья, дома, заводы, машины, да и мы с вами — все это добыто, взращено, воспитано и вскормлено на Земле и из Земли создано. Все это только различные вре менные комбинации огромного количества атомов и молекул, которые являются принадлежностью только нашей планеты.

Земля была создана из частиц и атомов и представляет собой вполне самостоятельную и практически полностью замкнутую систему. При ее формировании каждая частица и каждый атом, создавая единое гравитационное поле планеты, по сути, «передали» ей все свои гравитационные полномочия.

Поэтому на Земле существует единое гравитационное поле, которое добросовестно стоит на страже всех имеющихся земных ресурсов, не выпуская с планеты то, что когда-то было на эту планету привнесено. Поэтому все предметы и всё, что имеется на Земле, не являются самостоятельными гравитационными субстанциями и не могут решать — использовать или не использовать свои гравитационные возможности при общении с другими физическими телами. Поэтому физические тела на Земле падают только вниз, на ее поверхность, а не вверх, влево или вправо, присоединяясь к другим массивным телам. Поэтому никакое физическое тело на Земле, с точки зрения гравитации, нельзя назвать самостоятельным.

А как же ракеты? Можно ли их назвать самостоятельными физическими телами? Пока они находятся здесь на Земле — нет, нельзя. Но если они преодолеют притяжение Земли и выйдут за пределы гравитационного поля планеты, то — да, можно. Только в этом случае они смогут по отношению к Земле стать самостоятельными физическими телами, забирая с собой свою индивидуальную часть гравитационного поля. Земля уменьшится в размерах и в своей массе на размер и массу ракеты. Пропорционально уменьшится и ее гравитационное поле. Гравитационные отношения между ракетой и Землей, конечно же, прервутся.

А различные метеориты, которые достаточно часто посещают нашу Землю? Они - самостоятельные физические тела или нет? Пока они находятся вне гравитационного поля Земли - они самостоятельны. Но при вхождении их в гравитационное поле планеты они, имея менее разреженную собственную эфирную среду, будут взаимодействовать с более разреженной эфирной средой Земли.

Однако, взаимодействие гравитационных полей Земли и метеорита отличается от взаимодействия практически равных друг другу по размерам гравитационных полей эфирных вихревых сгустков. Это обусловлено огромной разницей в размерах гравитационных полей Земли и метеорита. Гравитационное поле метеорита при взаимодействии с гравитационным полем Земли практически не деформируется, а, оставаясь принадлежностью метеорита, поглощается гравитационным полем Земли.

Гравитационное поле метеорита словно проваливается в гравитационное поле Земли, так как по мере приближения к поверхности Земли, её разреженная эфирная среда становится всё более разреженной. И чем ближе к Земле, тем её разреженная среда всё более разрежена и тем быстрее метеорит движется навстречу планете. Земля стремится заместить свою разреженную среду неожиданным пришельцем из космоса, создавая эффект притяжения метеорита к своей поверхности.

Достигнув поверхности Земли, метеорит не теряет своего гравитационного поля и в случае своей транспортировки в космическое пространство, он покинет Землю со своим гравитационным полем. Но на Земле он теряет свою самостоятельность физического тела. Теперь он является принадлежностью Земли, его гравитационное поле суммируется с гравитационным полем Земли, а масса Земли увеличивается на массу метеорита.

Поэтому мы вынуждены констатировать, что, находясь на планетах, все физические тела с гравитационной точки зрения не могут быть самостоятельными физическими телами. Их гравитационные возможности находятся в пределах гравитационных возможностей планет, которые являются главными генераторами гравитационного взаимодействия.

Поэтому закон всемирного тяготения абсолютно справедлив ко всей вселенской системе и не требует никаких дополнительных постоянных, пусть даже и гравитационных.

Предположение

Таким образом, гравитационное поле физического тела — это неравномерно напряженная разреженная эфирная область, являющаяся принадлежностью физического тела и возникшая вследствие концентрации вращающейся эфирной среды в самом физическом теле.

Гравитационное поле любого физического тела для достижения равновесия с окружающей упругой эфирной средой стремится к увеличению своей плотности, притягивая к себе разреженные эфирные области других физических тел. Взаимодействие гравитационных полей физических тел друг с другом создают эффект притяжения физических тел. Этот эффект представляет собой действие сил гравитации или гравитационное взаимодействие самостоятельных физических тел .

Разреженное эфирное пространство всегда стремится к восстановлению начального однородного состояния эфирной среды за счет присоединения эфирной среды других физических тел. При появлении в эфирном гравитационном поле физического тела, какого-либо другого физического тела, также обладающего своим эфирным гравитационным полем, но меньшей массой, первое физическое тело стремится «поглотить» его и удерживать его с силой, зависящей от масс этих тел и расстояния между ними.

Следовательно, в эфирном гравитационном поле при появлении в нем двух или нескольких физических тел возникает процесс их гравитационного взаимодействия, который направляет их друг к другу. Гравитационные силы действуют только для приближения одних физических тел или тела — к другим телам .

Еще раз вынужден признать, что все это возможно только в идеальных условиях, когда физические тела не находятся под влиянием гравитационных сил планеты . На Земле гравитационные поля всех физических тел являются лишь составной частью единого гравитационного поля планеты и не могут проявляться в отношении друг друга.

Поэтому на планете физические тела не имеют своего индивидуального гравитационного поля и имеют гравитационное взаимодействие только с Землей.

Приподнимая физическое тело на какую-либо высоту, мы совершаем какую-то работу и затрачиваем определенную энергию. Некоторые считают, что, подняв тело, мы передаем ему энергию, эквивалентную энергии, затраченной на его подъем на определенную высоту. Падая, физическое тело освобождает эту энергию.

Но это не так.

Мы не передаем ему энергию, а затрачиваем свою энергию на преодоление гравитационной силы Земли. Более того, мы, словно, нарушаем привычных ход событий на Земле, изменяя местоположение физического тела относительно планеты. Земля справедливо реагирует на это несогласованное с ней безобразие и стремится вернуть любой предмет на свою поверхность, немедленно включая свои гравитационные силы.

Гравитационная сила действует на поднятое тело так же, как при нахождении этого тела на Земле, но с увеличением расстояния от поверхности Земли ее величина будет меньше первоначальной силы гравитации. Правда, заметить ее будет не так просто ввиду незначительности изменений параметров этой силы. Если же мы поднимем это тело на высоту 450 километров над Землей, то сила гравитации уменьшится значительно и тело будет находиться в состоянии невесомости.

Здесь мы встречаемся с гравитацией, т.е. с воздействием гравитационной эфирной среды нашей планеты на физическое тело. Поднятое тело находится в гравитационном эфирном поле планеты, вектор которого направлен к центру Земли. Чем ближе физическое тело находится к Земле, тем эффект гравитационного взаимодействия сильнее. Чем дальше, тем меньше. Поэтому на дальних расстояниях гравитационное взаимодействие тоже будет проявляться, но не так явно.

Но, падая на Землю, физическое тело взаимодействует с ней так, как взаимодействуют два тела в пространстве. Гравитационные силы Земли воздействуют на тело, перемещают его в пространстве, возвращая его на бренную землю.

Что же произойдет если мы будем воздействовать на тело длительное время, перемещая все дальше и дальше от Земли, и, наконец, выведем его за пределы Солнечной системы? Значит ли это, что гравитационное взаимодействие между ними исчезнет? Если это так, то существует ли вероятность того, что, при этом, Земля потеряет часть своих гравитационных возможностей?

Да, именно так это и произойдет. Часть гравитационных возможностей Земли покинет ее вместе с физическим телом. Земля станет меньше на величину массы этого тела. А если масса Земли станет меньше, то, вполне очевидно, что и ее гравитационная мощь пропорционально изменится в меньшую строну, а ее гравитационное взаимодействие с этим физическим телом исчезнет.

Но если на поверхность Земли упадет метеорит, то его гравитационное поле «поглотится» гравитационным полем Земли, а сам он, потеряв самостоятельность, станет частью Земли, пропорционально увеличив ее гравитационные возможности.

Поэтому более крупные физические тела, включая планеты и звезды, имеют более сильную гравитацию и притягивают к себе более мелкие, поглощая их. Притянув к себе более мелкие физические тела, они увеличивают свою массу и, соответственно, увеличивают свое гравитационное поле. Между телами будет возникать гравитационное взаимодействие.

Итак, вокруг любого физического тела на нашей планете имеется свое гравитационное поле, но только условно. Это гравитационное поле входит в единое гравитационное поле Земли и вращается вместе с ним. Это обусловлено тем, что любое физическое тело, включая все физические тела, созданные на Земле или прилетевшие из космоса, уже являются или становятся принадлежностью нашей планеты . Любое физическое тело на Земле произошло из нее и в нее и возвратится. Их гравитационное поле — часть единого гравитационного поля Земли, которое вращается вокруг планеты. Поэтому предметы падают на Землю, а не присоединяются друг к другу. Они падают вниз, а не перемещаются параллельно земле. Кроме того, гравитационные возможности Земли несопоставимо более мощные, чем гравитационные возможности любого имеющегося на планете физического тела, какой бы оно не имело размер, объем или плотность. Поэтому любое физическое тело притягивается к Земле, а не к Эвересту.

Гравитационное поле имеется у всех физических тел, но рассматривать его можно лишь в совокупности с общим гравитационным полем Земли. Отделить его от гравитационного поля Земли возможно лишь на расстоянии, находящемся за границами гравитационного поля планеты. На этом расстоянии гравитационное поле физического тела, например, ракеты будет вполне самостоятельно и будет вращаться вокруг физического тела, каких бы размеров оно не было.

Необходимо отметить, что, скорость вращения эфирной среды вблизи поверхности физического тела равна скорости вращения самого физического тела. По отношению к физическому телу окружающая среда является неподвижной. Вблизи физического тела сила гравитации значительно выше, чем в удалении от него. Вспомним наш опыт с резиновым кругом (рис.2). По мере удаления от физического тела уменьшается и скорость вращения эфирной среды, и гравитация.

Вместе с тем, мы понимаем, что концентрация эфира под действием эфирных вихрей и сил гравитации приводит к возникновению разреженной эфирной области вокруг физического тела. Эта разреженная эфирная область тем больше, чем большее количество эфира сосредоточено в физическом теле в виде совокупности фундаментальных эфирных частиц — эфирных вихревых сгустков, из которых соответственно состоят энергетические фракции, фотоны, нейтрино, антинейтрино, позитроны, электроны, протоны, нейтроны, атомы, молекулы и другие физические тела. Разреженная эфирная область, например, планеты Земля по объему гораздо больше разреженной области Луны, так как Земля значительно больше Луны. И каждая разреженная область соответствует количеству эфира сосредоточенному в физическом теле.

Разреженные области эфирной среды чрезвычайно обширны. Они определяют размеры гравитационных полей физических тел, т.е. те области в которых действуют силы гравитации. Действия этих сил начинаются от внешних границ разреженной области физического тела. Так как границы разреженной области находятся достаточно далеко от центра физического тела, эти силы можно характеризовать как дальнодействующие силы или дальнодействующее взаимодействие .

При соприкосновении разреженных областей двух или более физических тел, каждое из них, в соответствии с законом равновесия противоположностей стремится уравновесить свою эфирную разреженную среду, что приводит к притягиванию и сближению тел .

Таким образом, притягивают не массы физических тел, а взаимодействуют друг с другом гравитационные поля этих физических тел, перемещая физические тела навстречу друг к другу .

При этом, чем ближе тела находятся друг к другу, тем это притяжение происходит более выражено и интенсивно. Поэтому при падении, к примеру, тел на землю происходит постоянное ускорение этого падения. Это ускорение получило название ускорения свободного падения и равно примерно 9,806 м/сек 2 .

Суть этого ускорения заключается в том, что чем ближе к телу находится разреженная среда, тем она менее плотная и, следовательно, тем сильнее стремление физического тела уравновесить свою разреженную эфирную среду, тем мощнее сила гравитационного взаимодействия. Мы об этом уже говорили ранее. С приближением к границе разреженной среды с упругим эфирным пространством это напряжение снижается и, наконец, на границе начинает полностью соответствовать плотности эфирного пространства. В этом случае, гравитационное взаимодействие физического тела полностью теряет свою силу, а гравитационное поле данного физического тела исчезает.

Это объясняет тот факт, что ракета с начала своего старта затрачивает огромное количество энергии на преодоление силы притяжения Земли, но по мере своего полета и удаления от планеты она выходит на орбиту и практически не растрачивает свою энергию.

Здесь необходимо понимать, что плотность атмосферы Земли и плотность ее гравитационного поля — это разные понятия. Показатели плотности атмосферы Земли имеют более высокие значения у ее поверхности, чем на высоте. Например, на поверхности земли плотность атмосферы примерно равна 1,225 кг/м 3 , на высоте 2 километра — 1,007 кг/м 3 , а на высоте 3 км — 0,909 кг/ м 3 т.е. с увеличением высоты плотность атмосферы уменьшается.

Но мы утверждаем, что гравитационное поле любого физического тела более разрежено именно у его поверхности и это разрежение уменьшается с увеличением расстояния от физического тела. Противоречие? Вовсе нет. Это — подтверждение наших рассуждений! Дело в том, что разреженное эфирное гравитационное поле будет стремиться втягивать в свое пространство все, что только возможно для снижения своей напряженности. Поэтому гравитационное поле Земли наполнено молекулами азота, кислорода, водорода и т.д. Кроме того, у поверхности земли в атмосфере находятся не только молекулы газов, но и частички пыли, воды, кристаллы льда, морской соли и проч. Чем выше от поверхности Земли, тем меньше разрежено гравитационное поле, тем меньше молекул и частиц оно может удерживать в атмосфере Земли, тем, соответственно, ниже плотность атмосферы планеты. Все соответствует. Все правильно.

В доказательство этого утверждения приведём размышления Аристотеля и опыты Г. Галилея и И. Ньютона. Великий Аристотель утверждал, что более тяжёлые тела падают на землю быстрее лёгких тел и приводил пример падающих с одной высоты камня и птичьего пера. В отличие от Аристотеля Г. Галилей предположил, что причиной разницы скоростей падения предметов является сопротивление воздуха. Как утверждают, он одновременно сбрасывал с Пизанской башни ружейную пулю и артиллерийское ядро, которые достигали земли также практически одновременно, несмотря на существенную разницу в весе.

В подтверждение умозаключений Г. Галилея, И. Ньютон выкачал воздух из длинной стеклянной трубки и одновременно бросил сверху птичье перо и золотую монету. И перо, и монета практически одновременно падали на дно трубки. В дальнейшем, было экспериментально установлено, что и в воздухе, и в вакууме происходило ускорение свободного падения тел на землю.

Однако, учёные, зафиксировав наличие ускорения свободного падения тел на землю, ограничились лишь выведением известных математических зависимостей, которые позволяют достаточно точно измерять величину этого ускорения. Но физическая сущность этого ускорения осталась не раскрытой.

Полагаю, что физическая сущность этого явления заключается в наличии разреженной эфирной среды вокруг Земли. Чем ближе от поверхности Земли находится падающее на неё тело, тем более разрежена эфирная среда планеты и тем быстрее тело падает на её поверхность. Это вполне можно принять как явное подтверждение наших рассуждений о природе гравитационных полей и механизме их взаимодействий во Вселенной.

Безусловно, наше утверждение о взаимодействии гравитационных полей физических тел, а не о взаимовлиянии их масс, противоречит взглядам глубокоуважаемого И. Ньютона и современного научного сообщества. Однако, отдавая дань великому гению, мы однозначно признаем тот факт, что выведенная им формула вполне показательна и совершенно справедливо позволяет рассчитывать силу гравитационного взаимодействия двух физических тел. Следует признать и то, что ньютоновская формула описывает следствие явления, но совершенно не касается его физической сущности.

Таким образом, мы определили, что постоянное стремление разреженной эфирной области любого физического тела перейти в равновесное состояние с окружающей эфирной средой, уменьшая свое напряженное состояние, за счет притяжения других разреженных эфирных областей других физических тел в область своего эфирного разрежениясоставляют общий физический смысл гравитации или гравитационного взаимодействия.

Любое физическое тело имеет свое гравитационное поле , но оно не самостоятельно. Находясь на Земле, это гравитационное поле объединено в единое гравитационное поле планеты. Гравитационное поле любого физического тела можно рассматривать только как часть гравитационного поля планеты.